航天器電池陣：天線動力學與控制

目錄
前言
第一篇 空間帆板展開動力學與控制
第1章 緒論 1：空間帆板展開動力學與控制 3
1.1 研究目的和意義 3
1.2 空間帆板展開動力學研究綜述 3
1.2.1 多體系統(tǒng)動力學 3
1.2.2 空間帆板展開動力學 7
1.3 空間帆板控制問題研究綜述 9
1.4 其他問題的研究 10
1.5 本篇研究內容 11
參考文獻 11
第2章 剛性空間帆板展開動力學與控制 16
2.1 引言 16
2.2 剛性帆板系統(tǒng)描述 17
2.2.1 系統(tǒng)描述 17
2.2.2 同步機構 18
2.2.3 鎖定機構 18
2.3 多剛體系統(tǒng)動力學與控制 19
2.3.1 系統(tǒng)動力學建模 19
2.3.2 控制設計 26
2.4 數值仿真 28
2.4.1 展開與鎖定仿真 29
2.4.2 姿態(tài)控制仿真 31
2.5 本章小結 36
參考文獻 37
第3章 柔性空間帆板展開動力學與控制 38
3.1 引言 38
3.2 柔性帆板離散化方法 39
3.3 多柔體系統(tǒng)動力學與控制 40
3.3.1 系統(tǒng)動力學建模 40
3.3.2 控制設計 49
3.4 數值仿真 49
3.4.1 ADAMS 仿真 50
3.4.2 本章理論仿真 52
3.4.3 控制仿真 56
3.5 本章小結 58
參考文獻 58
第4章 考慮鉸摩擦的空間帆板展開動力學 60
4.1 引言 60
4.2 摩擦模型 61
4.2.1 靜態(tài)摩擦模型 61
4.2.2 動態(tài)摩擦模型 64
4.3 考慮鉸摩擦的多體系統(tǒng)動力學模型 67
4.3.1 旋轉鉸的物理模型 67
4.3.2 鉸摩擦力計算 68
4.3.3 摩擦貢獻與多體系統(tǒng)動力學方程 71
4.4 數值仿真 80
4.4.1 剛性帆板系統(tǒng) 80
4.4.2 柔性帆板系統(tǒng) 82
4.5 本章小結 86
參考文獻 86
第二篇 大型空間桁架電池陣展開動力學與控制
第5章 緒論 2：大型空間桁架電池陣展開動力學與控制 91
5.1 研究目的和意義 91
5.2 太陽能電池陣研究進展 95
5.3 問題和挑戰(zhàn) 96
5.4 本篇研究內容 97
參考文獻 98
第6章 大型空間桁架電池陣展開動力學 101
6.1 引言 101
6.2 桁架–帆板系統(tǒng)介紹 102
6.2.1 可展開桁架 103
6.2.2 柔性帆板 103
6.3 動力學方程 105
6.3.1 廣義坐標選擇 105
6.3.2 約束方程 109
6.3.3 系統(tǒng)動力學方程 114
6.4 常微分方程數值求解算法 116
6.5 多體系統(tǒng)變拓撲問題 118
6.6 數值仿真 121
6.6.1 模型驗證 122
6.6.2 不同變拓撲算法對比 124
6.6.3 系統(tǒng)中各機構參數對展開過程的影響 124
6.7 本章小結 137
參考文獻 137
第7章 桁架---帆板系統(tǒng)中的間隙與摩擦問題 140
7.1 引言 140
7.2 接觸檢測 141
7.2.1 徑向接觸 142
7.2.2 軸向接觸 144
7.3 法向接觸力計算 145
7.3.1 剛度項 145
7.3.2 阻尼項 147
7.4 切向摩擦力計算 148
7.5 數值仿真 149
7.5.1 間隙法向力對桁架單元展開的影響 151
7.5.2 間隙法向力對收藏箱的影響 155
7.5.3 間隙法向力對柔性基板的影響 155
7.5.4 間隙摩擦對桁架單元展開的影響 157
7.5.5 間隙摩擦對上收藏箱展開的影響 159
7.5.6 間隙摩擦對柔性基板展開的影響 161
7.6 本章小結 166
參考文獻 167
第8章 帶有桁架---帆板系統(tǒng)航天器的位姿控制 169
8.1 引言 169
8.2 控制器設計 170
8.3 穩(wěn)定性分析 172
8.4 數值仿真 175
8.5 本章小結 178
參考文獻 178
第9章 基于 C++面向對象的多體系統(tǒng)動力學程序設計 180
9.1 引言 180
9.2 C++面向對象基本概念 181
9.2.1 類和對象 181
9.2.2 繼承與多態(tài) 182
9.3 程序仿真流程 186
9.3.1 數據輸入 186
9.3.2 數據前處理 188
9.3.3 數值求解 189
9.3.4 后處理 190
9.4 通用算例 191
9.4.1 鉸接剛性桿在外力牽引與摩擦力作用下的轉動 191
9.4.2 柔性板在重力與外力作用下的轉動 192
9.4.3 不同單元數的可展開桁架–帆板系統(tǒng)的展開 .193
9.5 本章小結 194
參考文獻 195
第三篇 大型空間薄膜天線動力學與控制
第10章 緒論 3：大型空間薄膜天線動力學與控制 199
10.1 研究目的和意義 199
10.2 空間薄膜結構的發(fā)展概況 200
10.2.1 薄膜太陽能電池陣 200
10.2.2 薄膜太陽帆 202
10.2.3 空間薄膜天線 203
10.3 空間薄膜結構動力學建模與振動主動控制研究現狀 210
10.3.1 空間薄膜結構動力學分析 210
10.3.2 薄膜結構非線性振動特性 212
10.3.3 薄膜結構振動主動控制 213
10.4 本篇研究內容 215
參考文獻 216
第11章 空間薄膜結構褶皺分析 223
11.1 引言 223
11.2 薄膜天線結構描述 223
11.3 基于張力場理論的薄膜褶皺分析方法 225
11.4 基于穩(wěn)定性理論的薄膜褶皺分析方法 227
11.5 數值仿真 229
11.5.1 薄膜天線褶皺分析 229
11.5.2 對角張拉薄膜結構褶皺分析 231
11.6 本章小結 238
參考文獻 238
第12章 薄膜天線結構非線性動力學建模與振動控制 240
12.1 引言 240
12.2 考慮大幅振動的結構動力學建模 240
12.2.1 薄膜陣面動力學模型 240
12.2.2 支撐框架/張力撐桿動力學模型 246
12.2.3 張拉索動力學模型 251
12.2.4 薄膜天線結構整體動力學模型 253
12.3 結構非線性動力學模型降階 254
12.4 結構振動控制 257
12.4.1 基于張拉索作動的控制系統(tǒng)方程 257
12.4.2 基于張拉索作動的控制器設計 258
12.5 數值仿真 259
12.5.1 結構動力學特性仿真 259
12.5.2 結構降階模型與全階模型的對比 266
12.5.3 結構振動控制仿真 269
12.6 本章小結 272
參考文獻 273
第13章 薄膜天線航天器非線性剛---柔耦合動力學建模與協(xié)同控制 275
13.1 引言 275
13.2 非線性剛–柔耦合動力學建模 .276
13.3 姿態(tài)–振動協(xié)同控制 279
13.3.1 時間–燃料最優(yōu)控制 280
13.3.2 分力合成控制方法 281
13.3.3 脈沖寬度調制 282
13.4 數值仿真 283
13.4.1 非線性剛–柔耦合動力學特性仿真 283
13.4.2 姿態(tài)–振動協(xié)同控制仿真 285
13.5 本章小結 290
參考文獻 290
第14章 薄膜天線航天器的撓性參數在軌辨識 292
14.1 引言 292
14.2 撓性參數在軌辨識方法 292
14.2.1 特征系統(tǒng)實現算法 292
14.2.2 基于協(xié)方差的隨機子空間方法 (SSI-COV) 295
14.2.3 虛假模態(tài)剔除 300
14.3 數值仿真 302
14.3.1 ERA 的辨識結果 304
14.3.2 SSI-COV 方法的辨識結果 305
14.4 本章小結 307
參考文獻 307
第四篇 大型空間平面相控陣天線動力學與控制
第15章 緒論 4：大型空間平面相控陣天線動力學與控制 311
15.1 研究目的和意義 311
15.2 電補償和機械補償 312
15.3 星載天線分類和相控陣天線研究現狀 314
15.3.1 星載天線分類 314
15.3.2 相控陣天線研究現狀 315
15.4 本篇研究內容 317
參考文獻 318
第16章 基于變形模式分析的大型空間平面相控陣天線的形面保持控制
技術 321
16.1 引言 321
16.2 平面天線結構描述 322
16.3 結構有限元模型 324
16.4 控制描述 327
16.4.1 扭轉變形控制 329
16.4.2 面外彎曲變形控制 330
16.4.3 面內彎曲變形控制 330
16.4.4 復雜變形控制 331
16.5 數值仿真 332
16.5.1 模型驗證 332
16.5.2 2 跨結構形面調節(jié) 333
16.5.3 18 跨結構形面調節(jié) 334
16.6 本章小結 335
參考文獻 335
第17章 基于優(yōu)化方法的大型空間平面相控陣天線的形面保持控制技術 338
17.1 引言 338
17.2 形面控制和作動器優(yōu)化 339
17.2.1 等效方程 339
17.2.2 設計變量 340
17.2.3 目標函數 340
17.2.4 約束條件 341
17.2.5 最優(yōu)化模型 342
17.2.6 最優(yōu)化問題求解 342
17.3 數值仿真 344
17.3.1 2 跨結構 344
17.3.2 18 跨結構 347
17.4 本章小結 349
參考文獻 349
第18章 大型空間平面相控陣天線的熱載荷分析及形面控制 351
18.1 引言 351
18.2 熱載荷分析 353
18.2.1 空間熱流 353
18.2.2 熱載荷作用下的結構模型 355
18.3 天線結構熱致變形分析與形面主動控制 358
18.3.1 結構控制模型 358
18.3.2 最優(yōu)化控制模型 361
18.3.3 最優(yōu)化控制問題求解 362
18.4 數值仿真 363
18.4.1 溫度場分析方法驗證 365
18.4.2 天線結構熱致變形仿真 368