摘要：超大型航天器是空间资源探索和利用的重要空间基础设施,也是实现航天强国目标的重大战略性航天装备。由于这类结构的质量和尺寸巨大,将带来在轨运行中的姿-轨-结构耦合和在轨姿态控制问题。同时,结构的超大尺度、构型变化与空间环境相互作用将产生极复杂的结构振动和大型结构特有的波动现象。这些为其动力学建模与数值求解、在轨精确姿态控制、低频结构振动抑制和振动波动耦合的特性调控等提出了新的挑战。本文介绍了本团队近十年基于保辛方法针对上述问题取得的研究进展,包括超大型航天结构在轨耦合动力学与姿态控制、超大型航天结构波动力学行为与控制、可展开结构设计以及变刚度主动控制方法等。

摘要：随着《国家中长期科学和技术发展规划纲要》的发布和实施,一系列重大装备和工程建设计划将陆续启动,如:载人航天、大型运输飞机和客机、高档数控机床、集成电路制造装备、先进燃气轮机、高速轨道交通、深海钻井平台和大跨度桥梁等．上述重大装备和工程在设计建造和运行使用过程中的高效、可靠、安全对动力学与控制学科提出了迫切需求．本文以《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中的战略需求为背景,结合国家自然科学基金委员会力学学科发展规划的要求,针对航空航天飞行器、先进制造装备与系统、先进动力装备、高速轨道交通、深海平台和大跨度桥梁中的若干关键动力学与控制问题,提出了动力学与控制学科“十一五”重点研究建议方向．

摘要：数字空间站作为真实空间站的数字化映像,将能源、信息、环热控、动力学与控制等多专业模型进行综合集成,建立舱段级、整站级多学科仿真系统,为空间站长期飞控任务提供技术支持.基于Modelica建模语言,结合采用FMI接口标准,完成了数字空间站动力学与控制仿真模型的集成,并成功在空间站飞控中进行了应用.

摘要：并联机器人控制问题一直以来都是一个开放领域。在这方面的研究还比较少。文中以6—UPS 型Stewart 平台为研究对象,利用牛顿—欧拉方法建立了并联机器人的动力学模型,并提出了基于控制法则的动力学分解方法,推导出并联机器人的控制率方程,设计了基于动力学模型的控制器。采用 PID 校正方法对并联机器人的轨迹进行跟踪,给出了运动平台做圆周运动时轨迹跟踪曲线,仿真实验结果表明,轨迹跟踪效果比较理想,控制方案是正确的。为进一步的并联机器人控制及性能改进奠定了良好的基础。

摘要：蛇形机器人进行力矩控制时,其动力学系统为非线性控制系统.当蛇形机器人模块数增大时,非线性系统变得冗繁而不易于计算和控制.本文利用微分几何的方法,将欧拉—拉格朗日(EulerLagrange)动力学方程进行了扩展,得到了任意基底下的动力学方程,将蛇形机器人的动力学方程化简成标准的仿射控制系统方程,得到动力学与控制统一的模型,使得蛇形机器人的动力学方程变得简洁易于计算和控制.基于此模型,利用部分反馈线性化的方法将控制方程进行线性化,并设计了头部轨迹跟踪控制器.蛇形机器人的构型空间对应着流形空间,速度空间对应着切空间,力矩空间对应着余切空间,动能提供了流形空间上的一个黎曼(Riemann)度量,因此蛇形机器人的动力学可以用黎曼几何来描述.而带有被动轮的蛇形机器人引入了速度约束,使得速度空间不是整个切空间而是切空间的一个子集,即对应着一个分布,与分布相对应的动力学为非完整动力学.所以带有被动轮的蛇形机器人对应着带有分布的黎曼流形.而在分布上选取恰当的基底可以简化动力学计算,本文根据纤维丛的理论将这些基底空间建模为纤维丛,任意一个基底只是纤维丛上的一个截面.我们通过正交归一化和线性变换规则得到具有物理意义且可以简化动力学计算的截面,从而实现了微分几何框架下的动力学与控制统一模型.最后我们以9模块蛇形机器人为例,验证了部分反馈算法的有效性.

摘要：主要介绍深空探测中的动力学与控制相关基础性问题,分析研究现状和发展趋势,尝试提出新的研究课题.

摘要：电动力绳系离轨技术是一项新颖的被动离轨技术,因其推进剂消耗低、效率高等优势,特别适用于火箭末级快速离轨任务,但也带来了动力学与控制方面的挑战。本文在分析电动力绳系火箭末级离轨任务特点基础上,针对离轨过程的系绳释放开展阶段和电动力辅助离轨阶段,开展了动力学建模及具有工程实用性的控制方案设计,并通过数值仿真验证了方案有效性。最后介绍了电动力绳系离轨系统动力学与控制的国内外试验验证进展,并提出了含末级姿态模拟器的系绳释放地面试验系统方案设想,为后续我国推动电动力绳系离轨技术的进展提供了参考。

摘要：为了实现FAST(five hundred meter aperture spherical radio telescope)二级精调稳定平台的高精度轨迹跟踪,建立了采用电动缸驱动的Stewart平台完整动力学模型,基于控制律分解法进行了动力学模型的全局反馈线性化,针对基座的外界干扰和机构未建模动态的不利影响,在Stewart平台操作空间设计了基于基座平台加速度前馈的PID控制器。建立了现代机电系统仿真模型,对柔性支撑基座存在干扰情况下Stewart平台的动力学与轨迹跟踪控制问题进行了数值仿真,结果表明所设计的控制系统具有跟踪精度高、动力性能平稳和鲁棒性强的优点。

摘要：超空泡航行体由于浮力缺失以及尾部滑行力的出现,使航行体具有了尾拍、结构振动和非线性等复杂的运动特征,给超空泡航行体的运动稳定控制设计造成了极大的困难。通过分析作用在超空泡航行体上的流体动力,推导出了超空泡下潜—俯仰面运动数学模型。依据对该模型开环时的系统特性分析,针对开环系统的不稳定性,设计了基于改进型指数趋近率的变结构控制器,并进行了数学仿真。仿真结果表明,该闭环系统响应快速,具有良好的稳定性能。

摘要：平板动力学与控制是工程结构设计中的重要研究课题。该文基于厚板弯曲振动的精确化方程,采用Hamilton状态空间方法,研究了平板结构的振动控制问题。通过满足平板两侧的自由边界条件以及两端的边界条件,确定了悬臂厚板中的振动模态。而后,采用独立模态控制方法,对悬臂板条的振动控制策略进行了研究,并把结果与基于Mindlin板理论计算得到的结果做了对比分析。最后,对模态控制实施的数值结果做了进行了讨论。该文研究结果可望能在现代工程结构动力学分析和振动控制中得到应用。