剛柔耦合系統(tǒng)分析動力學建模研究.pdf

1、航天器大部分都是剛柔耦合系統(tǒng),由于其剛柔耦合效應的存在,會對航天器的動力學特性和行為造成很大的影響,帶來動力學建模和運動控制上的難題。假若能對帶有柔性構件的剛柔耦合航天器進行精準的動力學建模,并且充分地考慮到剛柔耦合效應對航天器結構動力學造成的干擾和影響,將有利于對航天器結構動力學進行全局的把握。因此,開展對剛柔耦合系統(tǒng)動力學建模的研究具有一定的現(xiàn)實意義以及理論價值。
　　本文首先簡單歸納了各個領域中的剛柔耦合系統(tǒng)動力學建模的學術

2、研究成果,大部分的研究成果都集中在航天領域,并且各國學者們都在努力尋求能夠精準反映剛柔耦系統(tǒng)動力學特性和行為的數(shù)學模型。而對剛柔耦合系統(tǒng)的研究可以先從單剛柔耦合體開始,只有把單剛柔耦合體的動力學建模研究透徹,才能為剛柔耦合系統(tǒng)的動力學建模研究打下堅實的基礎。
　　為了對剛柔耦合系統(tǒng)中存在的動力剛化現(xiàn)象進行分析,作者用三種不同的方法對一簡單連桿柔性機構進行了動力學方程的推導并進行了簡單的仿真(Matlab/Simulink),涵蓋了

3、笛卡爾直角坐標系、角坐標系、廣義坐標和能量原理等方法。通過理論推導和仿真分析揭示了動力剛化項的物理意義,并得出了用廣義坐標和分析力學的方法對剛柔耦合系統(tǒng)進行動力學建模會有較強的普適性和精確性。
　　作者運用了分析動力學中的Kane方程,對撓性航天器(單剛柔耦合體)的兩種簡化模型:剛性主體加懸臂梁式以及剛性主體加懸臂板式模型,建立起了一次近似動力學方程,并對兩種模型在剛性主體采用加速度旋轉規(guī)律進行運動的情況進行了簡單的仿真分析(Ma

4、tlab/Simulink)。仿真結果表明用Kane方程推導得到的剛柔耦合系統(tǒng)的動力學方程與真實情況是大致符合的,并且表明了動力剛度項的存在對動力學方程的影響。
　　作者然后運用分析動力學中泛函分析的方法,對剛柔耦合系統(tǒng)(單剛柔耦合體)擬哈密頓原理動力學方程以及單剛柔耦合體擬哈密頓原理的擬駐值條件和先決條件進行了推導。通過應用擬駐值條件和先決條件對導彈實例進行研究,揭示了剛柔耦合系統(tǒng)彈性變形和剛體位移之間相互耦合的物理意義,得到了