基于Simulink的多体机械系统模型转换方法设计与实践

模块框图作为成熟的图形化建模技术应用十分广泛,采用该技术的MATLAB/SimMechanics可进行多体机械系统的建模和仿真,然而对于建模精度要求高、需要实时仿真的柔性、大型多体机械系统比如空间站来说,SimMechanics有明显不足,而DARTS^M软件包可对航天器机械系统进行高精度实时仿真.本文深度解析这两款软件的底层建模技术,根据模型信息的对等关系,设计出模型转换的具体方法,通过C++编程,开发出模型转换程序,从而将航天器多体机械系统的SimMechanics模型转换为DARTS^M模型.通过本文的模型转换方法和程序,可以将两款不同软件各自的优点结合到一起,使得SimMechanics间接地拥有处理柔性体和实时仿真的能力,同时也解决了DARTS^M软件包缺乏图形化建模界面的问题,具有一定的工程应用价值.     

充液挠性多体航天器的变结构控制

本文首先给出了充液中心刚体上铰接有多个挠性附件的开链多体系统的简化动力学方程，并以跟踪与数据中继卫星为例，用变结构控制方法设计了系统的控制器。控制任务是驱动单址天线使之精确地跟踪期望的运动规律，同时保持星体稳定，并且有效地抑制弹性附件的振动。数值算例证明了所设计控制规律的有效性。     

三阶时变离散系统的一致渐近稳定性

特征建模的方法为智能控制器设计和一些高阶对象进行低阶控制器设计提供了理论依据，特别是为大型空间挠性航天器的控制提供了一种有效的途径。但是，对于阶次和参数未知的高阶线性定常系统基于特征模型设计的自适应控制方案，其稳定性问题尚未完全解决，这一问题实际上归结为时变离散系统的稳定性问题。对于位置保持或位置跟踪控制，基于特征模型设计的自适应控制方案其稳定性问题即为三阶时变离散系统的稳定性问题，利用Lyapunov直接方法定量地给出了三阶线性时变离散系统和一类非线性三阶时变离散系统一致渐近稳定的判据，从而为基于特征建模设计适当的控制律以满足稳定性的要求提供了理论依据。     

柔性卫星姿态稳定鲁棒变结构控制器设计

根据实际三轴稳定卫星姿态稳定,模型参数存在不确定性(转动惯量),以及未知干扰力矩,设计了一种鲁棒变结构控制器,它能确保系统具有全局渐近稳定性,并且系统能在有限的时间内到达滑模面,具有鲁棒到达条件,控制律实现简单。同时采用积分型滑模面,保证系统在到达滑模面后具有给定的良好性能。最后根据某颗公开卫星参数给出了具体的数值算例,数值仿真结果良好。从数值仿真结果来看,控制器在存在较大不确定性情况下(考虑系统转动惯量有5%的不确定性)依然保持良好性能,具有很强的鲁棒稳定性。而采用边界层改进控制器后,有效解决抖振问题,同时控制器的性能基本保持不变,从而说明鲁棒变结构控制器的设计是有效的。     

基于前馈补偿的高精度卫星姿态控制

研究带有大型单翼太阳帆板的三轴稳定卫星在稳态运行期间姿态精确定向问题。计算了卫星运行空间的环境干扰力矩，分析了传统控制方法的局限性，并给出一种新的卫星姿态高精度动态补偿控制算法。推导了卫星的挠性动力学模型，在此基础上通过仿真比较了此方法和传统方法的实际效果。结果表明，该方法可以显著提高姿态控制的响应速度和精度。     

挠性卫星振动抑制的变结构主动控制方案及实验研究

文章从工程角度出发，以具有挠性太阳帆板的卫星为背景，着重研究了挠性空间结构的低阶模型变结构控制方案。针对卫星的“飞轮—喷气”执行机构工作模式设计了算法简单的变结构控制律，并基于单轴气浮台全物理仿真系统成功地进行了国内首次挠性结构振动主动控制实验，取得了显著的控制效果。     

卫星大型挠性天线弹性振动抑制的研究

论文从工程实践角度探讨了具有大尺寸（直径几米～几十米）和高精度（０．０５°）的挠性天线指向控制问题。在借鉴和改进有关抑制挠性天线弹性振动研究的基础上，初步设计了星—地回路的挠性天线指向控制方案。最后，通过分析数值仿真结果，给出了提高挠性天线指向精度的主要因素。     

弹挠性零件刚度系数测量方法

弹挠性零件刚度测量方法是弹挠性惯性仪表制造技术的难点和关键。在综述现有弹挠性零件刚度测量方法的基础上，重点介绍了新近出现的用于弹挠性零件刚度测试的激发器谐振测量法、静电激励谐振测量法、声激励谐振测量法以及瞬态碰击激励测量方法。与传统的静态刚度测量方法相比，激励源谐振测量方法具有测量精度高、非接触等特点，具有易实现生产现场测试、加工中测试的优点。     

珠承喷管压痕影响因素及控制的实验研究

采用滚珠/无限大平板接触模型代替珠承接头模型,研究了压痕深度的影响因素。实验结果表明,平面度即加工精度并不是影响压痕深度的主要因素;材料表面硬度与工作压强是影响压痕深度的主要因素。压痕深度随材料表面硬度的降低而增大,随工作压强的增大而增大。建议在进行珠承喷管设计时,所选的阴阳球材料表面HRC硬度不小于59。     

太阳翼不同转角的卫星在轨模态频率计算方法

卫星挠性振动频率会随着太阳翼的转动发生变化,在卫星动力学频率规划设计时尤其需要考虑到,以避免发生耦合振动。文章针对具有太阳翼的卫星,研究了太阳翼转动时由于星体构型变化对卫星模态频率产生的影响。通过建立卫星动力学混合坐标方程,推演出卫星结构动力学特征方程,在太阳翼转到不同角度时对卫星系统模态进行解算,从而获得一种具有太阳翼的遥感卫星系统模态计算方法。以某遥感卫星为背景进行了在轨模态计算,并与该卫星陀螺姿态角速度遥测数据对比,误差小于10%,验证了在轨模态计算方法的准确性。