连续突变系统动力学建模

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1、2012年第1期导弹与航天运载技术No．12012总第317期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo．317文章编号：1004·7182(2012)01-0018·03连续突变系统动力学建模张志勇1，王毅2，南宫自军1(1．北京宇航系统工程研究所，北京，100076；2．中国运载火箭技术研究院，北京，100076)摘要：在虚拟样机仿真分析软件ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)建模中，若某一构件的约束条件在运动过程中发生连续突变则难以建立与物理现

2、象相符的系统模型．基于多体动力学对这一问题进行分析，针对同一约束在运动过程中发生连续突变现象提出了预定义约束的策略．实例仿真表明：预定义约束的策略能够模拟实际物理现象，实现系统的全局仿真并得到与试验相符的结果曲线．关键词：多体动力学；变结构系统；约束分析；预定义约束中图分类号：V411．8文献标识码：ADynamicModelingofSystemswithConstraintsContinuousAlteringAnalysisZhangZhiyon91，WangYi2，Nangongzijunl(1．BeijingInsti

3、tuteofAstronauticalSystemsEngineering，Beijing，100076；2．ChinaAcademyofLaunchVehicleTechnology，BeUing，100076)Abstract：DuringthedynamicalmodelingusingADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)software，it’Shardtodefinetherestrictionsofasystemwithconstraintcontinu

4、ousaltering．Inthepaper，thisproblemismainlydiscussedbasedonthetheoryofMBS(Multi—bodysystem)，andissolvedviapre-definedconstraintinthesystem．Throughanexample。theresultsobtainedrevealthefactthatthepre-definedconstraintiseffectiveandrealizesthewholetimesimulation．KeyWords

5、：Multi·bodydynamics；Variablestructuresystem；Constraintanalysis；Pre-definedconstraint0引言本文从多体系统动力学变结构理论出发，通过对控件基理的分析，提出虚拟样机仿真分析软件ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)建模时采用预定义约束的策略解决这一问题，实现ADAMS仿真时同一约束条件连续突变的模型定义。图l为导弹发射系统示意图。图1发射系统示意图收稿日期：2011-04-27；修回日期：

6、2011-10-08作者简介：张志勇(1983．)，男，博士研究生。研究方向为发射动力学1变拓扑系统动力学连续仿真变拓扑系统，是指运动过程中拓扑结构或者自由度发生突变的一类机械系统。Pfeifferll】给出了多种变拓扑系统动力学的研究背景，指出对该类系统进行分阶段仿真计算效率低且不切实际；洪嘉振、倪纯双【2】针对此问题提出了基本系统和当前系统的概念，采用约束激活的思想实现了系统动力学的全局仿真。阎绍泽【3J引入变拓扑约束的概念，建立柔性变拓扑系统动力学理论，解决了大量存在时变拓扑构型的航天系统动力学建模问题。1．1变拓扑系统动

7、力学方程描述ADAMS软件基于笛卡尔坐标系，应用分析力学的第1I类拉格朗日方程对完整约束的复杂系统建立其动力学方程：J聊+町五=F(1)I驴(g，口，f)=0第1期张志勇等连续突变系统动力学建模19式中M为质量阵；q，雪，拳分别为广义位移、速度及加速度；掣为雅克比阵转置；^为拉氏乘子；F为力矢量；毋为约束项；t为时间。从式(1)看出：系统构件数量不变，自由度的改变导致系统拓扑的突变集中体现在吼及中项上，而二者之间又有内在的偏导数关系，故而对中项即系统约束方程的把握是变拓扑问题解决的关键。根据文献【2】的思想，将系统约束方程分为两

8、类：一类为基本约束方程，代表稳定约束项；另一类为附加约束方程，代表白由度突变约束项。二者之间由即时运动状态方程进行判定来组集系统的约束方程，在ADAMS中表现为传感器(Sensor)的判定与状态切换。1．2变拓扑系统约束建模分析ADAMS／View[4】采用交互