空间变连接联合体自主动力学建模与快速解算研究

基本信息
批准号:11402200
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:宁昕
学科分类:
依托单位:西北工业大学
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:代洪华,岳晓奎,李鹏,曹静,梁轲,王忠宇,张滕,陈圆圆,马腾
关键词:
分通道建模变连接联合体遗传变胞拓展时域配点法
结项摘要

The Connecting Spacecrafts with Variable Joint which is consisted of multi-arm spacecraft and non-cooperative target will take a significant role in the complex space missions in the future. The existing dynamics modeling methods of multibody system are supposed to fail to autonomous on-orbit reconstruction of the Connecting Spacecrafts, even, the intellectual system of the strong non-linear coupling suppression is not yet perfect, in the real time exactly operating process. To meet the above-mentioned requirements, we look for the innovational autonomous on-orbit reconstruction method of dynamics and effectiveness algorithm. The genetic metamorphic theory which is based on the mechanical nuclear matrices is raised, in order to describe the construction and evolution on the Connecting Spacecrafts with Variable Joint, develop a quick on-orbit self-identification research on its topological configuration and non-cooperative targets parameters, and construct a open and closed combined structure loops system consisting of rigid and flexible dynamic models. The genetic metamorphic theory, can be regarded as a guide to achieve quick self-reconstruction of its dynamic models while configuration evoluting by making the mechanical genes be extracted from variated and injected to the mechanical the mechanical cell matricies. On the base of singular perturbation method, we research on the dynamics of fuzzy connecting systems and divide the dynamics model into two branches. After that, the extended time domain collocation is worked out for the flexible vibration branch. In addition, it can also be used to reduce its dimensionality and simplifize in the condition that component movement parameters are correlated.The tipical missions should be controlled coordinatedly, simulated, and vertificated, including variable joint, adjusting the relative position and attitude between the platform and target within the attitude constraits of the Connecting Spacecrafts with Variable Joint. The research on the program has both theoretical and applied values, in the implementation of on-orbit precise operation missions.

由多臂平台与非合作目标构成的空间变连接联合体是未来复杂空间操作的主角。由于现有理论局限性,现有理论难以自主、快速实现联合体在轨精细操作与控制。本项目针对上述需求,旨在完善联合体特性认知,探索自主动力学建模与快速解算新方法。内容包括:1)提出遗传变胞理论,实现联合体的构态及拓扑描述。2)借鉴奇异摄动思想,建立具有拓扑运动和柔性振动双通道的开闭链混合系统动力学模型,并采用拓展时域配点法对柔性振动通道进行快速精确求解。3)当联合体构态发生演化时,通过对遗传变胞理论中机构基因的提取、变异、注入实现动力学模型自主重建,进行降维优化。4)针对上述研究要点,研究操作任务多重因素耦合效应,搭建平台/目标变连接—相对姿态调整任务仿真平台,开展仿真验证误差分析。本项目在变连接系统力学建模理论与解算算法方面有特色和创新,成果可为多臂平台控制系统设计奠定基础,对于复杂在轨操作实施具有重要的科学意义和应用价值。

项目摘要

由多臂平台与非合作目标构成的空间变连接联合体是未来复杂空间操作的主角。由于现有理论的局限性,难以自主、快速实现联合体在轨精细操作与控制。本项目针对上述需求,完善了联合体特性认知,探索出一套自主动力学建模与快速解算新方法。内容包括:.1)提出了遗传变胞理论,实现了联合体的构态及拓扑描述。.2)借鉴奇异摄动思想,建立了具有拓扑运动和柔性振动双通道的开闭链混合系统动力学模型,并采用拓展时域配点法对柔性振动通道进行了快速精确求解。.3)当联合体构态发生演化时,通过对遗传变胞理论中机构基因的提取、变异、注入实现了动力学模型自主重建,并进行降维优化。.4)在上述研究内容的基础上,研究了操作任务多重因素耦合效应,搭建了平台/目标变连接—相对姿态调整任务仿真平台,开展了仿真验证误差分析。.本项目在变连接系统力学建模理论与解算算法方面有特色和创新,成果为多臂平台控制系统设计奠定了基础,对于复杂在轨操作实施具有重要的科学意义和应用价值。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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