受控多体系统传递矩阵法研究

摘要

兵器、航空、航天、船舶、交通、通用机械工业等领域存在大量诸如现代多管火箭、自行火炮、飞机、航天器、舰艇、车辆、机器人、数控机床等带有控制系统的以各种方式相联接的多个物体所组成的受控多体系统。通常多体系统动力学方法需建立受控多体系统总体动力学方程、涉及系统矩阵阶次高、计算工作量大,难以满足快速计算和控制系统优化设计的要求。近年发展起来的受控多体系统传递矩阵法无需建立系统总体动力学方程、矩阵阶次低、计算速度快、程式化程度高,为受控多体系统动力学分析设计提供了全新的思路。该方法目前仅用于已知控制律情况下参数确定性受控多体系统动力学研究。
　　 本文通过理论、计算、试验三方面的深入研究,对受控多体系统传递矩阵法作了如下发展：⑴发展了线性受控多体系统传递矩阵法,改进了线性多刚柔体系统固有振动特性算法,实现了重特征值识别;推导了受控多刚柔体系统的体动力学方程和模态空间下线性受控多体系统状态空间方程,实现了受控多刚柔体系统动力响应的精确分析。⑵建立了受控层合板壳有限元传递矩阵法,实现了多维受控结构动力学快速计算。⑶建立了线性受控多体系统的H∞独立模态空间控制设计方法,实现了线性多刚柔体系统和层合板壳结构的高效振动控制。⑷在受控多体系统离散时间传递矩阵法方面,充实了受控元件的传递矩阵,实现了时变、非线性、大运动、一般受控多体系统动力学的快速计算和高效模糊神经网络控制设计。⑸建立了随机线性多刚柔体系统和层合板壳结构传递矩阵与随机参数间的摄动关系,实现了随机系统特征值分析和鲁棒振动控制设计。⑹本文方法得到两项重大工程应用验证,建立了舰艇海上并靠补给系统控制动力学,设计了船用起重机自适应PID控制器和波浪自动补偿装置模糊控制器,工程实现了舰艇并靠补给系统动力学的快速分析和高效控制，建立了受控自行火炮行进间发射动力学,计算结果得到了试验验证,为自行火炮动态设计提供了重要的理论基础。