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考虑连接非线性的载人登月组合体动力学建模与模型降阶

刘帮  
【摘要】:在载人登月飞行过程中,组合体会发生多次分离和对接,形成多种构型,还会进行地月转移轨道动力飞行等较为明显的姿态变化、速度变化和轨道机动,具有丰富的动力学特性。本文选取经历地月转移轨道飞行的载人登月组合体为研究对象,通过建立组合体的动力学模型,分析连接非线性对组合体动响应的影响,并研究适合组合体的模型降阶技术,主要研究内容如下:首先建立了推进飞行器、载人飞船和火箭末级的有限元模型,分析了单个航天器、航天器上的太阳帆板以及组合体的动特性。在控制系统关心的频段内,根据动特性分析结果对推进飞行器、载人飞船和火箭末级组合体以及推进飞行器和载人飞船组合体进行了力学模型简化。其次,使用真-伪坐标形式的Lagrange方程建立了推进飞行器和载人飞船的动力学模型,将舱段间的非线性连接结构用非线性力和力矩来等效,建立了组合体的非线性全量动力学模型并进行简化。然后,选用PID控制器,并设计了组合体的控制参数,使用Simulink仿真得到了考虑连接结构非线性的组合体的动响应,分析了连接结构非线性特性对组合体动响应的影响。最后,使用三种不同的模型降阶方法对组合体进行了模型降阶,通过比较三种方法降阶前后组合体的动响应,确定了适用于组合体的模型降阶方法,并分析了连接结构非线性对组合体降阶精度的影响。


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