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多柔体系统动力学模型的降阶研究

施高萍

  为进行多柔体系统的控制设计和动力学仿真,必须建立多柔体系统动力学模型。一般说来,模型的阶数越高,模型越精确。但是高的模型阶数又不能满足控制设计和动力学仿真的要求,则必须进行模型降阶。用部件模态坐标表示柔性部件的弹性变形的引入是导致模型高阶的主要原因。因此降阶时主要着眼于减小用以表示部件弹性变形的部件模态数。惯性完备性准则由于没有考虑控制作用,导致所选用的模态数过多。虽然模态价值分析准则和内平衡降阶准则将模态选择与控制联系起来,降阶比较合理,但是这两者都是针对系统模态的。因而存在如何利用这两个准则进行部件模态的选择问题。论文首先对多柔体系统动力学建模及模型降阶的研究现状进行了介绍和分析。其次,针对柔性航天器系统,建立了采用部件约束模态的多柔体系统动力学方程。然后,分别对惯性完备性准则、模态价值分析准则和内平衡降阶三种降阶准则进行了介绍和分析。重点介绍了系统各阶模态价值的封闭表达式和在弱阻尼、频率足够分开的情况下模态价值的近似计算公式;以及在弱阻尼、频率足够分开的情况下系统近似为内平衡,系统的奇异值也可由近似公式计算得到。论文最后通过对典型的柔性航天器系统的动力学研究,分析了系统模态和部件模态之间的对应关系。利用模态价值分析准则和内平衡降阶准则对所建立的动力学模型进行模型降阶,根据得到的降阶系统的阶数,减小所采用的柔性部件的模态数,从而建立低阶的动力学方程。利用MATLAB进行动力学仿真,结果表明可以通过部件模态的选择来建立低阶的动力学方程。……   
[关键词]:多柔体系统;部件模态;惯性完备性;模态价值分析;内平衡降阶
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:浙江工业大学2004年
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