论分布式陀螺柔性体结构的动力学建模问题

陈金 金栋平 刘福寿

摘要：针对含分布式控制力矩陀螺的柔性体结构动力学建模问题，研究了结构和陀螺之间相互耦合对结构固有振动的影响。通过基于有限元离散的建模思路，获得了含分布式控制力矩陀螺的结构动力学模型。对比模态叠加方法，提出原柔性体模态的概念。结果表明，分布控制力矩陀螺对结构固有振动产生了本质的影响。基于原柔性体结构前几阶模态的模态叠加法，由于没有计入结构和陀螺之间的耦合效应，所得到结构动力学降阶模型具有较大误差。

关键词：结构动力学;陀螺柔性体;模态叠加法;模型降阶;原柔性体模态

中图分类号：0326 文献标志码：A 文章编号：1004-4523（2020）01-0074-08

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2020.01.008

引言

自DEleuterio和Hughes提出连续陀螺柔性体概念以来，陀螺在结构中的耦合效应引起了广大学者的注意。Brocato和Capriz详细研究了陀螺影响结构振动的机理;Hassanpour和Heppler提出了微极陀螺连续体的概念，将模型适用性拓展至大转角。然而，由于连续分布陀螺在工程中无法实现，很多学者研究了链式连接陀螺体、离散分布陀螺柔性体的耦合动力学问题，并将其用于陀螺阻尼器、姿态和振动抑制等。Hu等将离散的分布式陀螺柔性体扩展到空问结构，研究了奇异性和操纵律。Wu等针对传统控制方案易出现奇异性的问题，基于斜交构型变速控制力矩陀螺群，以控制力矩陀螺状态变量作为系统控制输人，将控制力矩陀螺的奇异问题转化为系统状态变量与控制输人受限的控制问题，采用非线性模型预测控制方法实现了航天器的姿态控制。……