车载冷发射刚柔耦合动力学建模与仿真

为了分析大跨度柔性车架和起竖托架对车载冷发射系统动态响应的影响,满足快速化和精确化仿真的需要,针对车载冷发射系统典型结构和弹射物理过程,基于笛卡尔坐标方法描述体的运动,以适应发射车约束复杂的特点。采用浮动坐标系方法描述柔性体的变形,通过模态综合法缩减系统的自由度数,并提出采用赫兹接触模型模拟弹重的释放过程,最终建立了车载冷发射系统刚柔耦合动力学快速仿真模型。分别基于弹射模拟试验系统和实装系统对仿真模型进行了试验验证和仿真验证,并进行了车载冷发射刚柔耦合动力学响应分析。结果表明：提出的刚柔耦合仿真模型能够快速有效地分析车载冷发射弹射过程的动态响应特性,满足工程设计的需要;柔性车架模型比刚性车架模型更合理,而且弹射过程发射管口x向相图的奇异点为稳定焦点,说明车载冷发射系统能够恢复到稳定平衡状态。     

重载轮胎面内刚柔耦合动力学建模及振动传递特性分析

针对重载子午轮胎扁平率接近1的特点,建立面内刚柔耦合模型并开展振动分析方法研究。提出重载轮胎面内胎体与胎侧耦合的试验模态测试与分析方法;考虑胎侧的惯性力和分段刚度,建立重载轮胎面内弹性基础柔性梁动力学模型;利用有限差分法,将面内耦合动力学方程离散化,建立基于轮胎几何、结构参数的三参数等效刚度重载轮胎面内刚柔耦合模型;基于试验和解析模态共振频率,利用遗传算法对重载轮胎结构参数辨识,建立重载轮胎面内刚柔耦合模型的传递函数解析模型。数值分析和试验验证结果表明：在0~300 Hz频率范围内,面内刚柔耦合模型可准确表征重载轮胎面内胎体和胎侧的耦合振动模态与传递特性;该建模与试验分析方法可将重载轮胎的分析频率由0~180 Hz扩展至300 Hz.     

某榴弹发射器刚柔耦合动力学建模与仿真研究

以多刚体动力学和柔性多体动力学理论为基础,采用ADAMS／Flex柔性模块,建立某自动榴弹发射器刚柔耦合的ADAMS模型。通过引入柔性架杆,对该发射器进行了刚柔耦合多体发射动力学仿真和分析,得到榴弹发射器的运动情况和一系列的动力特性曲线。通过与试验数据相比较,证明该方法科学合理,准确有效。     

高超飞行器的非线性预测姿态控制

针对高超飞行器姿态动力学模型多约束、多变量耦合和非线性的特点,采用预测控制理论设计了时变自适应控制器.根据奇异摄动理论将复杂的动力学分解为快慢内外环动力学,直接对非线性系统伪线性化建模,把非线性优化问题转化为线性时变系统的次优化;将指标约束、输入约束、稳定约束转化为线性矩阵不等式(LMI)约束,在线滚动优化求解预测反馈控制律.结果表明,该控制方案保证了闭环系统的稳定性.     

基于旋量理论的移动机械手动力学建模

应用旋量理论可以方便地建立固定基开链或闭链机器人系统的动力学模型,但是,能否和怎样把它用在移动机械手等这些非固定基系统的动力学建模还值得探讨。本文基于旋量理论研究了移动机械手系统的动力学建模方法。首先通过构造虚拟连杆把移动机械手转换成等效的固定基单自由度关节的开链系统。然后应用刚体旋量的指数积公式导出移动平台的运动约束方程,通过建立移动机械手各刚体的雅克比矩阵,推导出刚体和整个系统的动能。最后利用Lagrange-d′ Alemert原理建立了移动机械手系统的动力学模型。     

基于虚拟滑模控制方法的非合作航天器姿态估计

针对非合作航天器的非线性姿态估计问题,提出一种利用虚拟滑模控制思想实现对目标航天器姿态参数估计的方法。将立体视觉系统输出的实时观测数据作为虚拟控制系统的输入,将航天器的姿态动力学数学模型作为虚拟的控制对象,采用滑模变结构控制器计算出虚拟力矩控制量,从而使虚拟航天器的姿态与观测姿态同步,虚拟航天器姿态即为非合作航天器姿态参数的估计值。仿真实验验证表明,在存在系统误差及状态量初始误差较大的情况下,所提出的基于虚拟滑模控制的估计算法估计效果优于扩展卡尔曼滤波算法,并较好地协调了变结构控制鲁棒性与平滑控制抖振之间的矛盾。     

二自由度欠驱动机械臂的动力学模型与位置闭环控制仿真

文中以具有非驱动关节的水平两自由度机械手为对象,建立了并通过平均值法简化了系统的其动力学模型.针对简化后的平均系统,利用李亚普诺夫法设计了非驱动关节的任意位置闭环控制器,同时进行了计算机仿真.仿真结果表明平均系统与原真实系统具有相同的动力学特性,且控制方法是有效的.     

带落角约束的非奇异变结构导引律设计

基于变结构控制理论,针对反舰导弹打击水面机动目标的导引问题,设计了非奇异变结构导引律。基于零化相对航向误差角的导引律适用于任意初始导弹弹道角和目标航向角,文中选择了相对航向误差角作为导引律设计中将要被控制到零的输出,同时把命中落角作为系统的终端约束条件。仿真结果证明,在导弹任意初始航向角下,采用所设计的带落角约束的非奇异变结构导引律均能够满足脱靶量和落角约束要求。     

三轴仿真转台系统的动力学建模与耦合分析

以实际工程项目为背景,在分析三轴仿真转台系统的基础上,利用欧拉动力学方程建立系统的动力学模型.运用Matlab软件中的Simulink仿真模块模拟系统模型对正弦控制信号的跟踪情况,对模型进行耦合分析,为后期的系统控制提供坚实的理论和试验基础.     

考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模

旋转导弹结构细长,具有较大弹性,结构低频振动易与刚体运动相互耦合。为更好地研究旋转导弹的动力学特性,对考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模问题展开研究。引入瞬态坐标系,在该坐标系下利用拉格朗日方程建立弹性旋转导弹的惯性耦合完整模型。该模型考虑了弹性变形对质量特性的影响,能够完整描述刚体运动和弹性变形间的耦合效应。在不同假设下,将惯性耦合完整模型简化后可得到弹性耦合简化模型和非惯性耦合模型。仿真分析结果表明：相对于其他两种简化模型,惯性耦合完整模型能够更全面地描述旋转导弹的运动,而刚体运动与弹体变形耦合效应在旋转导弹建模和分析中不可忽略,需要加以考虑;在旋转导弹运动稳定情况下,3种模型的差别主要体现在姿态运动上,而在弹性变形上的差别可以忽略。     

带落角约束的导弹制导与控制一体化设计

对带有落角约束的导弹制导与控制一体化设计进行了研究。首先建立了俯仰通道的制导与控制一体化模型,利用自适应RBF神经网络对干扰进行在线估计,运用反演递推方法和滑模控制的方法设计了控制器,并且分析了闭环系统的稳定性。数字仿真表明所设计的控制器满足导弹打击精度和落角限制要求。     

带膛口助旋制退器的转管机枪动力学建模与仿真

基于气体动力学理论,建立了转管机枪膛口助旋制退器的气体动力学数值模型,以此计算了助旋制退器的助旋力和制退力。通过改变助旋制退器沿枪管轴线的纵向尺寸,分析了助旋力和制退力随管道腔长度的变化规律。结合内能源转管机枪发射动力学模型,分别对未安装和安装有不同长度的膛口助旋制退装置的转管机枪系统进行了动力学仿真。仿真结果表明,在一定范围内增大助旋器管道腔沿枪管轴线长度可以有效地增加助旋力和制退力。安装膛口助旋制退器,能够实现对内能源转管机枪射频的有效提升。     

基于姿控喷管开关控制的全量耦合动力学建模与控制优化技术研究

传统运载火箭姿态控制设计与仿真均采用小偏差线性化的动力学模型,该模型无法准确体现调姿过程对飞行轨道、推进剂晃动的影响,且干扰的合成与施加方法与实际飞行不符,无法精细化分析某项干扰对实际飞行过程的影响。为了解决以上问题,建立的基于姿控喷管开关控制的全量耦合动力学模型,实现姿控-轨道-推进剂晃动的一体化耦合仿真,具备精细化分析能力,提升了设计预示能力。该技术已在中国探月三期工程中成功应用,有效降低了姿控用推进剂耗量需求,提高了火箭运载能力。