漂浮基空间机器人协调运动的自适应控制与鲁棒控制

讨论了载体姿态受控、位置不受控制的漂浮基空间机器人协调运动的控制问题。借助于虚拟扩展系统的控制输入与输出 ,克服了漂浮基空间机器人系统控制方程关于惯性参数呈非线性函数关系的难点 ,保持了控制方程关于惯性参数的线性函数关系。以此为基础 ,针对末端抓手所持载荷参数是未知及不确定的两种情况 ,分别设计了载体姿态及末端抓手惯性空间轨迹协调运动的自适应控制方案与鲁棒控制方案。仿真运算证实了上述控制方案的有效性     

空间机械臂姿态及关节运动的自适应与鲁棒控制

讨论了载体位置不受控制的漂浮基空间机械臂系统的控制问题。借助于增广变量法,恰当地扩展系统的控制输入与输出,克服了漂浮基空间机械臂系统控制方程关于惯性参数呈非线性函数关系的难点,保持了系统控制方程关于惯性参数的线性函数关系。以此为基础,针对末端抓手持有载荷参数未知与不确定两种情况,设计了载体姿态与机械臂关节协调运动的自适应控制与鲁棒控制两种方案。仿真运算证实了上述控制方案的有效性。     

一类空间机械臂系统的自适应控制与鲁棒控制

讨论载体位置与姿态均不受控制的自由浮动空间机械臂系统的控制问题。基于增广列反馈控制模型,提出当载荷参参数不确定时空间机械臂追踪惯性空间期望轨迹的自适应和鲁棒控制方法,通过仿真运算,证实了方法物有效性。     

空间机械手逆问题的完全笛卡尔坐标方法

讨论了用完全笛卡尔坐标描述的空间机械手逆动力学问题。利用完全笛卡尔坐标建立空间机械手初积分形式动力学方程,根据末端设计轨迹,对机械手进行逆动力学仿真计算,结果表明该方法是一种简便、高效的可行方法。     

空间机械臂本体与末端抓手协调运动的自适应控制方法

讨论了载体位置不受控制的漂浮基空间机械臂本体与末端抓手协调运动的自适应控制问题. 对系统的运动学、动力学分析表明, 结合系统动量守恒关系得到的系统动力学方程及协调运动的增广广义Jacobi矩阵可以表示为适当选择的组合惯性参数的线性函数. 以此为基础, 对于系统存在未知参数的情况, 设计了本体姿态与机械臂末端抓手惯性空间轨迹协调运动的自适应控制方案. 上述控制方案的显著优点在于: 不需要测量、反馈飞行器本体的位置、移动速度及移动加速度. 仿真运算, 证实了上述控制方案的有效性.     

开尔文定理的一个注记及其应用

开尔文-台特-切塔耶夫定理中关于含保守力和陀螺力的线性系统稳定性条件指出:若保守系统不稳定,特征值无零根且具有偶数个正实根,则陀螺力的加入可使系统转为稳定.若正实根为奇数个,则加入陀螺力也不可能改变系统的不稳定性.定理不涉及有零根情形.作为开尔文定理的补充,本文基于二自由度系统证明:若保守系统不稳定,正实根为奇数个,且特征值存在零根,则陀螺力的加入也能使系统转为稳定.作为定理的实际应用,讨论匀速旋转的非惯性坐标系中的平衡稳定性问题.若将旋转坐标系中的离心惯性力视为有势力,则成为包含离心力势能的形式上的保守力场.由于受扰运动有科氏惯性力出现,此类系统与惯性参考系的保守力场并不等同,不允许应用拉格朗日定理以势能极小值条件判断其平衡稳定性.利用开尔文定理的上述补充条件,科氏惯性力的加入可改变此形式上保守系统的稳定性.以圆轨道二体系统和限制性三体问题的拉格朗日点的一次近似稳定性为例.仅考虑万有引力场和离心惯性力场,为含零根和一个正实根的不稳定保守系统.增加科氏惯性力项可使不稳定转为稳定.     

任意圆轨道上磁性刚体航天器的混沌姿态运动及其控制

研究在地球万有引力场和磁场中具有结构内阻尼的磁性刚体航天器在圆轨道上平面天平动的混沌行为及其控制。应用Melnikov方法建立了系统存在横截导宿环的条件。分别采用Poincare映射、功率谱和Lyapunov指数等数值方法对系统动力学行为进行识别。建立输出变量反馈线性比控制律及其局部线性化将混沌姿态运动控制为给定的不动点和周期运动。     

TLD—结构非线性耦合问题及动力学特性研究

本文利用数值方法研究一种新型的新被动阻尼器即调谐式液体阻尼器（简称TLD），这种阻尼器主要依靠刚性容器中的浅水液体的晃动来改变结构的动力学特性进行而达到消耗结构振动能量的目的，推导了一种基于ALD（ArbitraryLagrangian-Eulerian,即任意的拉格朗日-欧拉）描述下的带有自由液面不可压液体与运动结构非线性耦合问题的一种有限元数值计算方法，在时间域上采用分步格式计算，这种方法与混合插值方法比较其优点是速度和压力可使用同阶线性插值，给数值计算带来很大方便，将所得的方法应用到结构与TLD（调谐式液体阻尼器）装置之间的耦合问题，数值计算结果验证了本文所推导的方法。     

弹性介质中任意形状细长曲梁的Cosserat模型

Kirchhoff动力学比拟理论使动力学的概念和方法进入弹性杆力学的研究领域。Cosserat弹性杆模型考虑Kirchhoff模型所忽略的截面剪切变形、中心线伸缩变形和分布载荷等因素,更适合工程中大变形细长梁的动力学建模。该文以弹性介质中任意形状中心线的圆截面细长曲梁为对象,基于Cosserat模型建立以截面的姿态角和挠度为未知变量的精确动力学方程。其直梁小变形特例为弹性介质中的Timoshenko梁。将Lyapunov运动稳定性理论的时间变量置换为空间变量,可用于判断梁的平衡稳定性。以弹性介质中轴向受压Timoshenko梁为例,讨论梁平衡状态的Lyapunov稳定性与欧拉失稳传统概念之间的区别和相互联系。导致梁屈曲的欧拉载荷可利用满足Lyapunov稳定性梁的受扰挠性线和端部约束条件导出。在一次近似条件下证明空间域内的Lyapunov 稳定性和欧拉稳定性是时间域内的Lyapunov稳定性的必要条件。     

松弛状态圆截面螺旋细杆的弹性波传播

研究松弛状态下的圆截面弹性螺旋细杆,即带有原始曲率和挠率的非圆截面弹性杆的动力学问题.基于Kirchhoff动力学比拟,建立欧拉角表达的弹性杆动力学方程.考虑截面的线加速度和角加速度的惯性效应.在一次近似意义下讨论松弛状态圆截面螺旋杆的静态和动态稳定性.证明在空间域内保持静态稳定,在波数大于1条件下亦满足时域内的动态稳定性条件.讨论弯扭变形弹性波在螺旋杆内的传播,导出波速与波数之间的对应关系.