对接端口间相对运动耦合动力学建模

为提高对非合作目标在轨服务任务的成功率,本文建立了两航天器交会过程的非质心点间耦合相对运动动力学模型。从传统点质量相对运动模型入手,考虑两航天器相对姿态运动和服务航天器绝对姿态运动产生的耦合作用,建立对接端口间的耦合动力学模型。分析耦合作用的种类：航天器所受外力矩产生的动力学耦合;相对姿态四元数、相对姿态角速度和服务航天器绝对姿态角速度产生的运动学耦合。最后设计了滑模控制器,实现对接端口间无碰撞安全对接。数学仿真证明,该耦合作用在交会接近过程中具有显著影响,因此不可被忽略。     

某型航天器对接控制过程的建模与仿真研究

研究了航天器与空间站对接过程的建模与控制问题。建立包括质心运动、刚体姿态运动和挠性结构弹性振动的对接系统的全面运动数学模型，分析了对接控制中需要注意的几个问题和具体的控制方案，最后通过计算机仿真说明了该控制方案的有效性。     

基于虚拟样机的航天器对接转动模拟装置仿真研究

综合了计算多体动力学、计算结构力学、碰撞理论等多学科的知识，在ADAMS／Solver平台上建立了航天器对接试验台滚转和俯仰转动模拟装置对接过程可视化动力学虚拟样机模型，建模过程中实现了UG—MATLAB—ADAMS—ANSYS的仿真环境相互集成。利用软件的各自优势完成了转动模拟装置的动力学特性分析；研究了关键性能参数如轴承摩擦系数对整个装置工作性能的影响。数学仿真和虚拟动态仿真的相ghz,~g-L明仿真结果是可信的。虚拟仿真结果验证了初始设计的可行性，确立了在物理样机设计中需要考虑的要点，为进一步的转动模拟装置的优化设计提供了设计依据。此外还解决了ADAMS仿真中轴承模拟等问题。     

周边式对接机构航天器的对接动力学仿真（第2部分）——约束动力学

建立了两个航天器对接系统的约束动力学方程，在论文第一部分所建立的运动学约束方程的基础上，提出运用D’Alembert正交补方法消除系统动力学方程中的未知接触约束力，解决了约束方程的维数是不确定变化条件的系统动力学方程的数值求解问题，而且还开发出周边式对接机构航天器的对接动力学分析与仿真通用软件。最后，通过算例验正了理论方法及软件的有效性。     

微型航天器近旁操作地面仿真验证系统

微型航天器在交会对接、在轨服务等太空任务中所起的作用日益凸现,高精度地保证近旁操作的完成是实现其功能的关键.利用两套五自由度卫星模拟器,在一个面积为3m×4m的大理石试验台上,搭建了一套微型航天器近旁操作地面仿真验证系统.针对典型的近旁操作任务,进行了仿真实验.利用边缘检测等图像处理技术获得目标的相对位置信息,利用模糊控制方法实现了从航天器对主航天器的自主探测、自主接近和近旁保持.实验结果表明,仿真系统能够对近旁操作任务进行功能及原理的仿真验证,为进一步的工作奠定了基础.     

周边式对接机构航天器的对接动力学仿真（第1部分）—运动学约束方程

研究了两个带有周边式对接机构的航天器，在对接捕获的过程中，对接机构之间相互接触后，产生接触滑移时对接系统的运动学特性。根据对接机构的空间特点，引入矢量代数的概念，建立了对接机构之间接触滑移的运动约束方程，及其接触点在对接机构上的相对滑移速度方程。     

建立一类挠性航天器面向控制的仿真环境

建立了一类挠性航天器大范围快速机动的动力学模型和面向控制的仿真模型。在柔性体的变形场中计及耦合效应,采用拉格朗日原理和有限元方法建立挠性航天器的一次近似动力学模型,并利用符号推演技术自动生成动力学模型和面向控制的仿真环境。理论计算和数值分析表明,柔性体变形场中的二次耦合项是导致系统产生动力刚化效应的根本原因。     

基于虚拟样机的太阳帆板展开动力学仿真

在ADAMS软件平台上建立了航天器太阳帆板展开过程动力学虚拟样机模型,研究了目前航天器太阳帆板典型的三种布局安装方式,分别为太阳帆板安装在航天器一侧同步展开;太阳帆板安装在航天器两侧同步展开;太阳帆板安装在四侧同步展开.对三种布局安装方式下的太阳帆板展开过程进行了动力学仿真并对仿真结果进行了比较,仿真结果可以准确的预测三种布局安装方式下太阳帆板展开过程的动力学特性以及帆板展开过程对航天器本体姿态运动的影响,可以为航天器太阳帆板布局方案提供参考,有利于初期方案的筛选,也为航天器姿态控制系统的设计以及地面试验系统提供参考依据.     

空间对接预捕获阶段的建模与仿真

介绍了数控式对接机构对接的基本操作过程，建立了对接预捕获阶段仿真的数学模型，并给出了仿真实例。仿真结果表明，设计的控制系统控制效果良好。     

SST-I分布式航天器实时仿真系统

根据现代航天器动力学及控制系统仿真的需要,提出了一个基于dSPACE、Vxworks和xPC平台的分布式航天器实时仿真系统方案。整个系统由一套dSPACE和数台xPC、Vxworks实时机组成,dSPACE提供了丰富的I/O接口用于与航天器星载设备进行连接,xPC用于对各种星载设备和有效载荷以及动力学模型的仿真,Vxworks用于运行各种成熟的传统仿真程序。动力学、控制仿真程序的开发大部分基于Simulink,极大的缩短了开发周期。系统通信总线基于以太网QoS技术,实现了可靠的实时数据通信,整个系统的总通信带宽可以随系统中计算机的数量扩展。系统内的时钟同步信号由dSPACE系统统一生成。对系统的实时性能进行了分析,结果表明该系统可以满足航天器分布式实时仿真的需要。     

太阳帆板故障模式展开动力学仿真

基于ADAMS软件，对柔性太阳帆板展开与锁定过程进行了动力学仿真分析，详细地研究了太阳帆板展开与锁定过程对航天器本体姿态运动的影响，并且重点研究了两种典型故障模式下太阳帆板展开与锁定过程对航天器本体姿态运动的影响，一种故障模式为一侧两块太阳帆板故障，另一侧太阳帆板正常展开；另一种故障模式为有一块太阳帆板展开机构故障，由同步机构协调展开。给出了航天器本体姿态运动以及太阳帆板展开过程动力学特性等仿真结果，并初步提出了故障模式下的动力学辅助展开策略的建议，对航天器姿态控制系统的设计以及地面试验提供了参考和依据。     

载人航天器回收着陆半实物仿真系统研究

介绍了载人航天器回收着陆半实物仿真系统的需求、设计方案和框架结构。针对回收程控装置工作的特点和载人航天器回收过程的动力学特性,在面向对象的基础上建立了由指令和时间触发的分阶段的物伞系统整个飞行过程的动力学模型。与其他降落伞软件系统相比,该系统为国内外首次搭建的物伞系统整个飞行过程的半实物仿真软件。     

基于四轮独立驱动电动汽车的动力学仿真模型

四轮独立驱动技术是电动汽车驱动系统研究的热点。建立了包括转向角在内的18自由度四轮独立驱动电动汽车的动力学模型并详细给出了各运动方程。通过整车试验数据与相同工况下的仿真结果对比，表明所述模型可以以很好的精度反映汽车在各种工况下的动力学性能。为开展四轮独立驱动电动汽车动力学控制研究奠定了基础。     

高速卷绕头关重件建模及其工作过程仿真

高速卷绕头是化纤长丝纺丝设备单元机,其运动机构组成和工作性能直接影响着高速纺丝质量和技术本身。运用虚拟样机技术,通过实体建模软件Solidworks和系统动力学仿真分析软件ADAMS建立了包括兔子头、锭轴及压丝辊等关重件的运动学、动力学分析模型,对其动态特性进行了仿真计算和曲线分析。这不仅为机电一体化系统整机模型的建立打下了基础,同时,为实际物理样机关键部件的结构设计和参数优化设计提供了依据。

Abstract：

The high speed winder is an important spinning equipment, whose assemblies and their performances influence the spinning property and the spinning technology itself. The kinematics and dynamic model of its key parts were built in Solidworks, and based those models, the motion processes were simulated in ADAMS using virtual prototype technology. The kinematic curves of rabbit head, spindle and surface roller were obtained and analyzed. These play a foundation for the whole system simulation based on mechanical-electronic model, and provide evidences for the structure parameter optimization design of the physical equipment.     

基于碰撞接触的弹管多体动力学建模与仿真

基于接触碰撞理论,建立了火箭武器发射过程中弹管接触碰撞的多体动力学模型,该碰撞模型充分考虑了影响碰撞刚度和阻尼的因素,尤其是碰撞速度较高时速度对碰撞刚度的影响不能忽略。通过仿真计算,获得了通过一般试验方法较难测试到的碰撞接触力及火箭弹在管内的复杂运动情况。仿真结果为火箭武器的设计和分析提供了一定的参考价值。     

汽包水位波动与晃荡热力学模型的开发与仿真研究

汽包水位波动与晃荡产生的原因有两方面,即水动力学和热力学方面的原因;为建立汽包水位波动与晃荡的仿真模型,建立汽包水位波动与晃荡热力学模型是最根本的,基于模块化建模的方法,以汽包集总参数模型为参考模型,为汽包水位波动与晃荡热力学模型开发了四种可行的建模方案,通过对汽包“虚假水位”与设计工况点的动态仿真结果的研究,确定其中最优的方案作为汽包水位波动与晃荡热力学模型的建模方法,并基于该方法建立了汽包水位波动与晃荡热力学模型,为建立完整的汽包水位晃荡模型与开发先进的汽包水位控制策略奠定了坚实的基础。     

三维空间中凸多刚体实时运动仿真

将计算机科学与理论力学相结合,介绍了多刚体运动仿真的步骤和方法。首先论述了单个及多个刚体的运动仿真步骤以及应用叠加原理计算合力及合力矩的方法。然后,针对刚体运动中的不同碰撞响应类型:碰撞接触与临时接触,分别建立不同的碰撞响应力学模型,前者运用恢复系数理论和动量、动量矩定理建立响应模型,后者通过分析刚体的受力和运动状态建立相应的动力学模型。最后,讨论了该方法的局限性以及适用的范围。     

服务航天器超近程逼近目标的相对姿轨耦合控制

针对服务航天器超近程逼近目标的相对姿态轨道耦合控制问题,推导了耦合动力学模型并设计了相应控制律。通过引入描述相对运动构型变化的期望相对位置矢量和位置误差矢量,将相对轨道跟踪控制问题转化为调节器的设计问题。推导了考虑对接机构安装位置的相对姿态轨道耦合动力学模型。利用李雅普诺夫稳定性理论,设计了考虑未知有界干扰的相对姿态轨道耦合控制律。考虑控制输入受限进行数学仿真,结果表明所设计的控制律是有效的,并具有较好的性能。