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空间站机械臂转位系统动力学建模及特性分析
  • ISSN号:1000-758X
  • 期刊名称:中国空间科学技术
  • 时间:2013.6.6
  • 页码:22-29
  • 分类:V476.1[航空宇航科学与技术—飞行器设计;航空宇航科学技术]
  • 作者机构:[1]哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨150001
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划(973计划)(2013CB733000); 国家自然科学基金(50975056、11072066)资助项目
  • 相关项目:考虑运动副磨损间隙的航天机构系统动力学与控制研究
中文摘要:

为分析空间站在应用机械臂转位过程中的动力学特性,采用矢量力学方法推导了考虑偏心量的空间站转位系统动力学模型。使用有限元方法描述柔性臂的弹性变形,应用Newton-Euler法建立空间站机械臂转位系统转动方程,并采用Lagrange法建立柔性臂振动方程;针对柔性机械臂末端带有大负载的特点,将末端弹性变形引起的负载角速度从负载绝对角速度中分离,应用约束模态展开法对动力学方程进行降阶。提出了构造降维矩阵的方法以便于利用空间动力学模型研究机械臂平面转位问题;分析了空间站舱体转位过程中系统的转动惯量、偏心量发生变化的特性。数值仿真结果表明:空间站在转位过程中,系统总体相对于系统质心的转动惯量变化巨大,且偏心量变化范围甚至已超出了空间站核心舱的几何范围。结论可为空间站的控制系统设计提供理论参考。

英文摘要:

To study the dynamic characteristics of the space station transformation via manipulator system, a vector mechanics method was adopted to deduce the dynamic equations. The dynamic modeling considering the eccentricity was established. The elastic deformation of the flexible manipulator was depicted by the finite element (FE) method. The dynamic model representing the attitude motion was established with the Newton-Euler method. The vibrations of the flexible manipulator can be obtained by the Lagrange approach. The load angular velocity caused by the tip of elastic deformation of the manipulator was separated from the absolute angle velocity of the load. To reduce the dimensions of the dynamic equations, a constrained mode expansion method was used for the flexible manipulator with a heavy load. The model reduction matrix from space to plane of the space station transformation via manipulator was proposed. The simulation results show that the overall moment of inertia relative to the center of mass changes greatly in the translocation process of the space station. The scope of the eccentricity is beyond the scope of the geometry of the core module. The results can be the theoretical reference for designing control system of space station.

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期刊信息
  • 《中国空间科学技术》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国航天科技集团公司
  • 主办单位:中国空间技术研究院
  • 主编:侯深渊
  • 地址:北京市海淀区知春路82号北京空间科技信息研究所
  • 邮编:100086
  • 邮箱:zgkj1981@163.com
  • 电话:010-68745321 62542333
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-758X
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1859/V
  • 邮发代号:82-595
  • 获奖情况:
  • 1991年获首届国防科技期刊三等奖,1997年获第二届期刊评比二等奖,2001年入选“中国期刊方阵”并进入“双百”期刊,2008年被评为中国精品科技期刊,2010年获优秀国防科技情报期刊成果三等奖,被EI检索正式收录
  • 国内外数据库收录:
  • 荷兰文摘与引文数据库,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:4318