柔性欠驱动机械臂的内共振现象及应用

针对柔性欠驱动机械臂研究了被动关节处于自由摆动和锁定状态下系统所具有的不同动力学行为.通过对平面二连杆柔性欠驱动机械臂的非线性动力学分析,发现这种多模态非线性动力学系统的内共振对系统振动行为有重要影响.当结构参数满足一定条件时,系统发生的内共振能有效减小机械臂末端的振动.利用这一现象,提出一种柔性欠驱动机械臂的开环振动控制方法,这种方法降低了闭环振动控制方法对驱动元件性能的过高或控制器稳定的困难.以平面二连杆柔性欠驱动机械臂进行了建模和数值计算分析,结果证明了以上方法和结果.     

基于加速度反馈的两杆柔性机械臂振动控制与实验研究

针对柔性机械臂在定位运动或外部扰动产生的持续振动,影响定位精度和操作性能的问题.以两杆柔性机械臂实验平台为基础,采用安装在两柔性臂末端的加速度计作为振动信号传感器,以伺服电机作为振动控制驱动器,对柔性臂转动过程中由于电机力矩驱动产生的弹性振动,采用比例控制和非线性控制算法进行振动主动控制,实验结果表明,基于加速度反馈的抑制两杆柔性机械臂振动的稳定性、有效性和实用性.     

全柔性空间机器人基于虚拟力的输出反馈有限维重复学习控制及振动抑制

探讨了基座、关节、臂均存在柔性情况下,空间机器人关节轨迹运动及多重柔性振动的主动控制和主动抑制问题.结合线性弹簧、扭转弹簧、简支梁及假设模态法,利用拉格朗日方程建立了基座、关节、臂全柔性影响下的空间机器人系统动力学模型,利用奇异摄动法,将模型分解为关节运动慢变子系统与关节柔性振动快变子系统.为控制慢变子系统中载体姿态、关节刚性运动并且抑制臂的柔性振动,依据虚拟控制力的概念,设计了基于有限维傅里叶级数解析周期信号的输出反馈重复学习算法.李雅普诺夫直接法证实了上述控制器的稳定性.为了抑制快变子系统中基座和关节的柔性振动,分别采用线性二次最优控制方法以及引入关节柔性补偿器间接增大关节等效刚度的方式,使控制算法不局限于求解弱非线性问题.系统数值仿真结果表明,所提出的控制器能够有效抑制机器人多重柔性构件的振动,实现对期望信号的高品质追踪.      

空间机器人柔性臂动力学模糊控制的研究1)

重点研究了空间机器人柔性臂的动力学非线性控制问题.由于柔性臂动力学系统的强非线性和耦合性，使得柔性臂控制系统复杂，控制的实时性和稳定性差，本文针对以往柔性臂控制所存在的问题，综合考虑系统的动态和静态特性，提出了一种带有非线性补偿器及PID控制器的新的柔性臂模糊复合控制方案.然后，根据所推导的一两连杆的空间机器人柔性臂的动力学非线性模型，进行了系统控制的仿真研究.实例仿真的结果表明，该控制方案能有效地抑制柔性臂的弹性振动，具有良好的控制效果.     

一种柔性空间机械臂的刚体运动和柔性振动复合控制方法

针对柔性空间机械臂的刚体运动控制和柔性体振动抑制问题,给出了一种反馈和前馈复合控制方法.对于一个柔性双连杆机械臂,首先设计反馈线性化控制器,消除非线性影响,实现大范围的刚体运动控制.其次基于闭环回路响应的振动特性,设计输入成型前馈控制器,预成型控制命令,抑制对结构振动影响显著的某些模态响应.最后仿真结果证实了给出的反馈线性化和输入成型复合控制方法,可以实现精确的位置控制,同时机械臂的残余振动得到了有效的抑制.     

柔性空间机械臂捕获卫星过程的碰撞动力学、镇定控制和柔性振动线性二次最优抑制

研究空间机械臂系统捕获卫星过程的碰撞动力学及受碰撞后不稳定系统的控制问题. 利用第二类拉格朗日方程推导得到空间机械臂系统的动力学模型. 在空间机械臂捕获卫星而受碰撞冲击过程中,利用动量冲量法评估碰撞冲击对空间机械臂系统运动状态变化的影响效应. 为使受碰撞冲击后不稳定的空间机械臂与被捕获卫星组合体系统恢复稳定,设计了线性反馈和线性二次最优复合控制算法对受碰撞冲击后空间机械臂系统进行镇定控制和柔性杆振动抑制,所提出的控制算法无需控制漂浮基的位置,从而可以节省漂浮基位置控制推进器燃料消耗. 通过数值算例模拟了碰撞冲击对空间机械臂系统运动状态的影响效应并验证上述控制算法的效果.      

一种基于模型预测控制的柔性关节空间机械臂的轨迹跟踪控制#br#

柔性关节空间机械臂在太空中的操作问题与几个因素有关,其中最重要的因素之一是关节的弹性振动.为了克服这种弹性振动带来的影响,提出了一种基于模型预测控制方法的双连杆柔性关节空间机械臂对目标跟踪的控制策略.首先,利用欧拉 拉格朗日公式进行动力学建模;然后,提出一种连续线性化模型预测控制方法,并将其应用于非线性柔性关节空间机械臂的模型中;最后,通过数值仿真来验证本文所提出方法的有效性.     

一种基于模型预测控制的柔性关节空间机械臂的轨迹跟踪控制

柔性关节空间机械臂在太空中的操作问题与几个因素有关,其中最重要的因素之一是关节的弹性振动.为了克服这种弹性振动带来的影响,提出了一种基于模型预测控制方法的双连杆柔性关节空间机械臂对目标跟踪的控制策略.首先,利用欧拉-拉格朗日公式进行动力学建模;然后,提出一种连续线性化模型预测控制方法,并将其应用于非线性柔性关节空间机械臂的模型中;最后,通过数值仿真来验证本文所提出方法的有效性.     

高速柔性转子系统非线性振动响应特征分析

针对高速柔性转子多支点支承的结构特点及转子动力特性设计的需要,分析松动支承对转子动力特性的影响,仿真研究得到多支点支承高速柔性转子系统的非线性振动响应特征。研究结果表明:工作在多阶临界转速以上的转子系统,存在松动支承时,工作中的柔性转子可能存在周期、拟周期、混沌运动。进而研究了松动支承位置、不平衡量、松动间隙等参数对多支点支承柔性转子振动响应的影响,分析结果为多支点支承高速柔性转子系统的动力学设计提供了理论方法。      

梁纵向与横向耦合非线性振动分析

纵向振动和横向振动耦合是捆绑火箭等结构中的典型振动现象.以Rayleigh梁为研究对象,通过Hamilton变分原理推导了考虑应变二次项的纵向振动与横向振动耦合控制方程,并用有限元方法对该非线性系统的行为进行了模拟.针对线性系统固有振动频率和非线性纵横耦合动态响应情况,把所得结果与NASTRAN结果进行了比较,二者结果吻合,证明了本方法的正确性.在此基础上,借助振动控制方程和模拟结果,讨论了非线性系统频率与模态的时变特性,非线性动态响应频率成分特性,横向振动和纵向振动相互影响以及共振现象等.研究结果为本方法的实际应用提供了理论基础.      

基于混杂系统的空间飞行器悬停控制

基于空间飞行器的轨道动力学原理,利用混杂系统模型研究了悬停轨道问题,建立了悬停轨道的混杂系统模型;借此模型,针对目标星轨道为椭圆的情况,提出了等距离悬停轨道控制和椭圆悬停轨道控制两种方案,分别推导出在这两种方案下对悬停星所施加的控制力。数值仿真结果表明,分别对悬停星施加相应的控制力,能够实现对目标星的悬停。     

太阳同步轨道卫星电源系统设计计算方法研究

给出了太阳同步轨道卫星电源系统的两种基本结构框架 ;分析了这两种结构的电源系统的设计计算方法 ;推导出了基于单圈能量平衡和多圈能量平衡的计算公式。以一个算例验证了该算法 ,并计算出所需太阳电池阵的面积和蓄电池组的容量 ,最后进行了能量平衡分析 ,得到了单圈或多圈能量平衡的结果。     

太阳质量损失对行星轨道的影响

本文利用Ｇｙｌｄｅｎ－Ｍｅｓｈｃｈｅｒｓｋｉｉ方程和Ｅｄｄｉｎｇｔｏｎ－Ｊｅａｎｓ定律，讨论太阳质量损失对行星轨道的影响，结果表明由于太阳质量损失会产生轨道半长径α的一阶周期项和二阶混合项；近日点角距ω的一阶周期项、二阶长期项和混合项，行星轨道半长径的长期变化会影响太阳系的稳定性。     

全星历模型下拟Halo轨道设计

本文给出了全星历模型下适用于地月系统和日地系统的拟Halo轨道的设计方法。设计过程以限制三体模型下Halo轨道作为初值并以多点并行打靶法求解全星历模型下拟Halo轨道。采用多点并行打靶法中给出了一类新的可行约束条件,在数值仿真算例中,地月和日地系统L2点附近4圈目标拟Halo轨道均在分钟量级时间内收敛,表明了算法的有效性。     

小天体环的轨道动力学

随着天文观测的深入,发现不仅土星、木星等气态巨行星环绕有光环,某些小天体也环绕有光环。针对目前发现环的半人马型小天体女凯龙星（10199 Chariklo）,研究其引力场中粒子（视为质点）的轨道动力学,分析赤道椭率和小天体自转对环中粒子轨道运动的影响,通过庞加莱截面中的KAM环迭代,得到第一类周期轨道和1∶3共振周期轨道,并通过对比和分析得到小天体光环位置与小天体自转平运动共振的关系。研究结果表明:女凯龙星内环中的粒子最可能处在满足径向振荡幅值范围的第一类周期轨道及其附近的准周期轨道上,但不能排除处在1∶3共振周期轨道及其附近的准周期轨道上;外环中的粒子不可能处在1∶3共振周期轨道上,只可能处在第一类周期轨道及其附近的准周期轨道上。      

遥感卫星传感器的重复观测能力计算

遥感卫星传感器的重复观测能力是体现卫星系统动态监测能力的重要指标之一. 通过分析卫星星下点成像和侧视成像时的重访条件, 给出了卫星可能实现重访的轨道计算方法, 同时以HJ-1A/1B卫星(环境与灾害监测预报小卫星星座的光学星)为例, 给出了特定地区可以实现重访的优选轨道, 并讨论了由两颗卫星组成的卫星星座对重访的影响, 以及纬度对重访的影响.      

平动点周期轨道间小推力转移的Gauss伪谱法

针对三体问题共线平动点附近周期轨道间的小推力转移问题，构造了一种新的形状函数，在此基础上提出了一种基于Gauss伪谱法的优化设计方法。首先，建立小推力轨道转移动力学模型，参考初始轨道和目标轨道的类型，构造一种新的形状函数以近似小推力转移轨道。为满足不同的约束要求，提出了振幅和相位按多项式变化的假设，推导了小推力转移轨道的近似解析解；然后利用Gauss伪谱法将小推力轨道转移的最优控制问题转化为非线性规划问题，并对推导的近似解析解进行解算和处理，为Gauss伪谱法求解非线性规划问题提供较为有效的控制变量的初始猜测值；最后以地月系统L1点附近Halo轨道间的小推力转移问题为例进行了仿真分析。仿真结果表明，小推力转移轨道近似解析解具备有效性和普适性，使得Gauss伪谱法的迭代效率提高55%以上，同时也表明Gauss伪谱法可有效解决平动点周期轨道间的小推力转移轨道优化设计问题。     

绕地轨道运动地面物理试验的建模与分析

基于对地面物理试验系统的受力分析建立了数学模型,定性定量地分析了液体阻力、模拟万有引力及推力对运动轨迹的影响.首先,根据椭圆轨道摄动方程组导出了推力、液体阻力、模拟万有引力同时存在时地面物理试验的数学模型;然后,通过理论分析定性定量地给出了推力偏差和模拟万有引力偏差对轨道的影响程度;最后,通过大量的数值模拟验证了理论分析的结果.     

Resonant motion, ballistic escape, and their applications in astrodynamics

A special set of solutions governing the motion of a particle, subject to the gravitational attractions of the Earth, the Moon, and, eventually, the Sun, is discussed in this paper. These solutions, called resonant orbits, correspond to a special motion where the particle is in resonance with the Moon. For a restricted set of initial conditions the particle performs a resonance transition in the vicinity of the Moon. In this paper, the nature of the resonance transition is investigated under the perspective of the dynamical system theory and the energy approach. In particular, using a new definition of weak stability boundary, we show that the resonance transition mechanism is strictly related to the concept of weak capture. This is shown through a carefully computed set of Poincaré surfaces, at different energy levels, on which both the weak stability boundary and the resonant orbits are represented. It is numerically demonstrated that resonance transitioning orbits pass through the weak stability boundaries. In the second part of the paper the solar perturbation is taken into account, and the motion of the resonant orbits is studied within a four-body dynamics. We show that, for a wide class of initial conditions, the particle escapes from the Earth–Moon system and targets an heliocentric orbit. This is a free ejection called a ballistic escape. Astrodynamical applications are discussed.     

Cratering records of the satellites of Jupiter and Saturn

The surfaces of most of the satellites of Jupiter and Saturn show marks of large-meteoroid impacts produced over much of solar system history and partly stemming from the early post-accretional heavy bombardment. An analysis of the crater size distributions shows that (i) crater densities on the most ancient terrains are comparable to those found on the lunar highlands, (ii) crater size distributions differ somewhat from those in the inner solar system but exhibit striking similarities in shape, (iii) the crater size distributions on all terrain types from oldest to youngest are very similar, i. e. the underlying impactor size distribution does not seem to have changed over time, (iv) there is no obvious difference in crater densities between apex and antapex parts of the satellites, (v) the cratering record can better be explained by impacts from bodies in planetocentric orbits rather than by bodies in heliocentric orbits.