物—伞系统运动稳定性初探

弹道－升力式再入飞行器常采用旋成体外形，但其质心偏离对称轴（纵轴）设置。这种飞行器在着陆前要采用降落伞作为主减速手段。研究质心偏离对称轴的旋成体与降落伞组成的系统的运动稳定性是一项有工程实践意义的课题。作为一种初步探索，在把降落伞视作刚体的条件下，按该系统平面运动方程考察其在平衡状态附近的稳定性，给出了运动稳定性判据。     

多刚体系统的动力学方程

在文[6]的基础上本文用拟坐标形式的Kane方程建立了树形多刚体系统的动力学方程——动量矩方程与动量方程,描述了系统的角运动与主刚体的质心运动。对于非树形结构的多刚体系统,给出了将非树形系统转化为树形系统的约束方程,因而可以将树形系统的动力学方程推广到非树形系统中去。作为举例,详细地讨论了由四个刚体组成的系统动力学方程。     

回收系统中的悬挂体姿态运动模式分析

建立了12自由度的物-伞系统动力学方程,采用三个欧拉角来描述悬挂体的运动姿态,总结了悬挂体姿态运动的5种基本模式和3种典型的复合运动模式;并给出了运动模式的量化描述、各个模式与刚体姿态运动欧拉角描述之间的关系。通过算例说明上述结果具有一般性,对于回收系统悬挂体的姿态分析有参考价值。     

系统模态下柔性航天器混合坐标动力学方程

首先建立了采用任意浮动参考系时的柔性航天器动力学方程;然后选择连体坐标系为浮动参考系,解所得到的动力学方程的特征值问题,得到整个航天器系统的系统模态。通过模态变换,得到用连体系刚体位移和系统模态坐标表示的混合价值航天器动力学方程。与通常采用部件模态得到的混合坐标动力学方程不同,这时弹性运动方程中不存在来自刚体运动的惯性耦合项;同时也和采用系统自由弹性模性不同,这时刚体坐标直接反映航天器刚体运动。论     

带飞轮的充液摆的稳定性

带飞轮的充液摆的稳定性包光伟（上海交通大学工程力学系,２０００３０）关键词充液刚体动力学,液体晃动,运动稳定性,航天器动力学一、引言研究三轴定向充液卫星的姿态稳定性,在不考虑系统质心横向运动的情况下,一个较为简单的力学模型是充液摆作定点摆动的模型．对...     

可伸缩挠性结构的稳定性研究

研究了一类可伸缩挠性梁结构的稳定性。主要结论有：一般可伸缩挠性梁结构的动力学可由刚体姿态运动、挠性体振动和梁伸缩运动相耦合的混合偏微分方程和常微分方程描述;结构振动与转动能量的耗散与积聚取决于梁的伸缩运动,在伸展过程中系统的能量被耗散,在收缩过程中系统能量被积聚,在平台保持过程系统能量维持不变。因此,梁的伸展过程是稳定的,梁的收缩过程是不稳定的,而平台保持过程是临界稳定的。     

高空系留气球建模与稳定性分析

平流层高空系留气球是典型的无控制欠阻尼自治系统,因此平台本身应当具有较好的稳定性,然而该系统的线性化模型含有零特征根,导致经典的Lyapunov第一方法难以从理论上获得其稳定性结论.从一般刚体的Newton-Euler方程出发,根据刚体对任一点的平动和转动方程,建立基于广义坐标的高空系留气球二阶非线性动力学模型,并针对Lyapunov方法证明稳定性的局限性,从能量的角度运用拉格朗日定理证明了高空系留气球的稳定性,数值仿真结果与理论结果一致.     

气动力对伞稳定下降阶段摆动的影响

为分析伞系统在稳定下降阶段运动稳定性,建立了5自由度的物伞模型,通过仿真发现具有不同气动力形式的物伞系统,其摆动情况有明显差异,并着重分析了气动力参数对物伞系统的摆动角度、频率的影响。     

绳系卫星部署阶段的动力学分析

绳系卫星系统部署阶段末时刻状态决定着其编队飞行的初始状态，为了研究不同因素对绳系卫星系统部署阶段运动的影响，本文建立了一种简单的平面哑铃模型，将系绳视作有阻尼的弹簧，两个卫星视作刚体，考虑重力梯度力矩。通过仿真，发现系绳释放的速度和副星推力是影响绳系卫星系统部署阶段稳定性的主要因素。     

带多个充液贮箱航天器的自旋稳定性

本文研究带多个充液贮箱航天器的自旋稳定性问题,考虑了刚体相对于系统质心的平动、姿态、液体晃动三者的相互耦合作用,通过建立离散系统的动力学方程,导出了系统的自旋稳定性判据.      

双体小行星系统平衡态与稳定性研究

由于双体小行星独特的运动形式可为行星的演化提供重要线索,因而成为小行星探测中的热点目标。基于双椭球体模型研究了双小行星系统的相对运动、平衡态及稳定性。首先基于双椭球的全二体模型建立了双星系统相对运动的动力学方程;其次利用拉格朗日方程,通过求解系统角动量和能量,建立了双星系统平衡态对应的状态约束;最后给出了通过零速度状态曲面判断双星系统平衡态稳定性的一般性方法,在此基础上分析了小行星物理参数变化对系统平衡态稳定性的影响。研究可为未来双体小行星系统探测任务中的轨道设计与控制提供重要的理论参考。     

基于非线性模型预测的绳系系统系绳摆振控制

针对绳系系统离轨稳定控制问题,开展了系绳和绳端卫星构成的绳系系统在拖拽离轨过程中系绳摆动稳定控制方法研究。在考虑拖拽离轨过程中约束下,首先建立了包含绳端卫星的姿态运动的模型,并建立了绳系系统的离轨动力学方程和便于控制器设计的简化动力学方程。其次根据模型预测原理以最优化方法设计参考轨迹,最后以模型预测控制方法为基础设计了稳定系绳摆动的非线性模型预测控制方法。使用MATLAB软件平台仿真,验证了所设计的参考轨迹能完成目标和模型预测控制器有好的跟踪能力。      

Attitude stability and periodic attitudes of rigid spacecrafts on the stationary orbits around asteroid 216 Kleopatra

In this work, equilibrium attitude configurations, attitude stability and periodic attitude families are investigated for rigid spacecrafts moving on stationary orbits around asteroid 216 Kleopatra. The polyhedral approach is adopted to formulate the equations of rotational motion. In this dynamical model, six equilibrium attitude configurations with non-zero Euler angles are identified for a spacecraft moving on each stationary orbit. Then the linearized equations of attitude motion at equilibrium attitudes are derived. Based on the linear system, the necessary conditions of stability of equilibrium attitudes are provided, and stability domains on the spacecraft’s characteristic plane are obtained. It is found that the stability domains are distributed in the first and third quadrants of the characteristic plane and the stability domain in the third quadrant is separated into two regions by an unstable belt. Subsequently, we present the linear solution around a stable equilibrium attitude point, indicating that there are three types of elemental periodic attitudes. By means of numerical approaches, three fundamental families of periodic solutions are determined in the full attitude model.     

卫星姿态大角度机动的轨迹规划和模型预测与反演控制

空间科学观测、态势感知、对地遥感、操控服务等应用对卫星提出了高精度、高稳定度、平稳柔顺大角度姿态机动的需求。采用欧拉角形式,对时变、非线性卫星姿态动力学系统进行了分析与建模,将每一个测控周期视为一个姿态机动过程。基于动力学系统受控运动的规律,在每一个姿态跟踪机动过程中,预测姿态偏差,通过卫星姿态演化的反演得到控制指令。以三角函数为基础,设计了一种卫星姿态大角度机动的运动轨迹规划方法。本文所述的轨迹规划及控制方法具有轨迹跟踪精度高、稳定性好,跟踪和机动过程平稳柔顺的特点。数学仿真验证了该方法的可行性和有效性。 关键词：轨迹规划; 模型预测与反演控制; 卫星姿态; 大角度机动     

基于计算力矩法的眼内手术机器人的重力补偿

为了提高一种具有远程运动中心(RCM)机构的眼内手术机器人的定位精度和稳定性,在建立机器人坐标系的基础上,通过动力学等效,对机器人各构件质心瞬态位置进行分析。根据拉格朗日方程建立机器人动力学模型。提出基于计算力矩法的重力补偿方法。在此基础上,通过MATLAB/Simulink软件对重力补偿模型进行仿真。比较独立比例微分(PD)控制方法及重力补偿方法的各关节运动响应曲线,表明重力补偿模型可有效补偿重力项;同时,分析重力补偿模型响应曲线与期望曲线的误差,证明重力补偿模型具有较高的补偿精度和可行性。     

后射空空弹的总体构想与控制律研究

讨论了空空导弹后射的工程实现问题.阐明了后射的必要性和其现实技术基础;分析了后射弹工程实现存在的问题(主动段的姿态静稳定性问题);提出了解决该问题的综合技术方案,依据该方案建立的系统模型,进行了系统设计及仿真.结果阐明,实现空空导弹后射是可能的.     

小卫星动平衡研究--质心不对中对姿态的影响

首先定性分析质心不对中对星体动力学特性的影响，然后由拉格朗日第二类方程导出引力场下星体运动方程的矩阵表达式，最后以50kg级长方体3轴稳定小卫星为例，分析不同初角速度和不同时间历程情况下质心不对中对星体运动姿态的影响，并分析其对星体运动稳定性的影响．本文研究为同类品种小卫星的构型设计、姿态控制系统设计以及制定卫星动平衡精度提供依据。     

DRO计算及其在地月系中的摄动力研究

针对远距逆行轨道（DRO）的航天工程应用问题,研究了DRO的计算方法以及轨道特性,分析了DRO在实际力环境中的主要摄动因素,为DRO的精确建模和标称轨道设计奠定一定的理论基础。首先,利用仿真算例验证流函数法在计算DRO周期轨道族中的有效性。然后,利用该方法,通过改变雅可比常数,延拓计算DRO周期轨道族,获得不同共振比的DRO,仿真结果表明整数共振比的DRO在地月惯性坐标系中的轨迹是封闭的曲线,而共振比非整数的DRO则不封闭。最后,通过轨道外推分析影响DRO稳定性的主要摄动因素,仿真结果表明太阳引力和月球轨道偏心率是影响DRO稳定性的主要摄动因素。在动力学模型中,使用标准星历表示行星的运动状态,当积分时间多于10天时模型误差为km量级,因此在地月系这样大尺度的空间范围内,可以使用星历模型近似的分析DRO在真实力环境中的运动状态,为任务轨道设计提供依据。      

Station-keeping control for a stratospheric airship platform via fuzzy adaptive backstepping approach

This paper presents a novel approach for station-keeping control of a stratospheric airship platform in the presence of parametric uncertainty and external disturbance. First, conceptual design of the stratospheric airship platform is introduced, including the target mission, configuration, energy sources, propeller and payload. Second, the dynamics model of the airship platform is presented, and the mathematical model of its horizontal motion is derived. Third, a fuzzy adaptive backstepping control approach is proposed to develop the station-keeping control system for the simplified horizontal motion. The backstepping controller is designed assuming that the airship model is accurately known, and a fuzzy adaptive algorithm is used to approximate the uncertainty of the airship model. The stability of the closed-loop control system is proven via the Lyapunov theorem. Finally, simulation results illustrate the effectiveness and robustness of the proposed control approach.