袁刚, 许文腾, 黄圳圭

(1.中国人民解放军 92941部队, 辽宁 葫芦岛 125000;2.国防科学技术大学 航天科学与工程学院, 湖南 长沙 410073)

空间飞行器实时仿真多体系统动力学建模

袁刚1, 许文腾1, 黄圳圭2

(1.中国人民解放军 92941部队, 辽宁 葫芦岛 125000;2.国防科学技术大学 航天科学与工程学院, 湖南 长沙 410073)

摘要:为了解决传统的多体系统动力学模型因必须显式表达多体系统的拓扑构型信息,使得所建数学模型非常复杂而不太适合空间任务级实时仿真的问题,针对具有中心体结构的空间飞行器,采用拟坐标拉格朗日方程推导出简洁的多体系统姿态动力学数学模型,并利用通用仿真平台建立了可实时运行的多体系统姿态动力学仿真模型。在仿真模型上施加测试用极限环控制律,模型输出正常的姿态动力学响应。仿真结果表明,所建模型在模型粒度和运行效率间取得了平衡,满足空间任务级仿真对模型逼真度和实时性的要求。

关键词:空间飞行器; 多体系统; 动力学建模; 粒度; 实时仿真

0引言

随着空间技术的发展,空间飞行器的有效载荷越来越大,结构也越来越复杂。经典的单刚体动力学模型已不能精确描述其运动规律,必须运用多体系统动力学理论建立大型空间机构数学模型。传统的多刚体动力学方法以各连接铰的位形坐标作为系统的广义坐标,系统自由度等于所有铰的自由度之和。为了强调模型的通用性,还必须显式表达系统的拓扑构型信息、引入关联矩阵和通路矩阵等。……