基于多体系统传递矩阵法的工程系统动力学及其应用

论文摘要

工程系统动力学研究施加于系统上的作用与系统本身所发生的变化之间的关系。多体系统传递矩阵法是近年来出现的多体系统动力学的一个新方法，因该方法计算高效率等特性而受国内外关注。本文首次将多体系统传递矩阵法作为工程系统动力学的一种建模方法进行工程系统动力学的系统研究，介绍了无控多体系统传递矩阵法，给出了线性多体系统典型元件的传递矩阵，时变非线性一般多体系统典型元件的离散时间传递矩阵。用线性多体系统传递矩阵法解决线性多体系统振动特性的计算、正交性条件、响应等线性多体系统动力学问题。用多体系统离散时间传递矩阵法解决时变、非线性、大运动一般多体系统动力学问题。建立了控制激励单元传递矩阵和控制反馈单元传递矩阵，形成了受控多体系统传递矩阵法，将多体系统传递矩阵法推广用于受控多体系统动力学，解决延迟受控多体系统和无延迟受控多体系统动力学问题，论述了工程系统动力学的研究对象及工程系统动力学的方法和步骤，进而建立了基于多体系统传递矩阵法的工程系统动力学理论框架，并应用到工程实际。多管火箭定向器方位角的控制对多管火箭武器射击精度的影响非常大。本文以国防基础科研项目为背景，建立了通过控制定向器角运动来减小火箭弹起始扰动的多管火箭受控多体系统动力学模型，应用基于多体系统传递矩阵法的工程系统动力学理论，进行了定向器角度运动的影响因素分析，进行了受控多管火箭炮发射动力学和密集度数值仿真，得到了定向器俯仰和侧偏角控制参数对俯仰角和侧偏角的影响规律，为在火箭炮定向器上加装控制集成模块控制火箭弹的起始扰动和射击精度提供了新思路和理论基础，也表明了基于多体系统传递矩阵法的工程系统动力学理论的有效性。

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 基于多体系统传递矩阵法的工程系统动力学的提出和意义
• 1.2 基于多体系统传递矩阵法的工程系统动力学及国内外现状
• 1.2.1 工程
• 1.2.2 系统
• 1.2.3 系统动力学
• 1.2.4 多体系统动力学
• 1.2.5 多体系统传递矩阵法
• 1.2.6 工程系统动力学方法
• 1.3 多管火箭定向器与起始扰动
• 1.4 本文主要工作
• 1.5 本文创新点
• 2 多体系统传递矩阵法
• 2.1 引言
• 2.2 线性多体系统传递矩阵法
• 2.2.1 典型元件的传递矩阵
• 2.2.2 坐标变换矩阵
• 2.3 离散时间传递矩阵法
• 2.3.1 线性化
• 2.3.2 典型元件的离散时间传递矩阵
• 2.4 本章小结
• 3 受控多体系统传递矩阵法
• 3.1 引言
• 3.2 受控多体系统传递矩阵组成
• 3.2.1 延迟控制
• 3.2.2 控制力元件传递控制
• 3.2.3 控制反馈元件传递控制
• 3.2.4 普通不受控元件的传递矩阵
• 3.3 链式、分叉、闭环受控多体系统传递矩阵法
• 3.3.1 链式系统
• 3.3.2 分叉系统
• 3.3.3 闭环系统
• 3.4 典型线性受控元件的传递矩阵
• 3.4.1 无延迟受控元件扩展传递矩阵
• 3.4.2 线性延迟受控元件的传递矩阵法
• 3.5 受控多体系统离散时间传递矩阵法
• 3.6 受控多体系统传递矩阵法算例
• 3.6.1 受控线性多体系统的稳态响应
• 3.6.2 受控多体系统动力学
• 3.7 本章小结
• 4 基于多体系统传递矩阵法的工程系统动力学
• 4.1 引言
• 4.2 基于多体系统传递矩阵法的工程系统动力学
• 4.3 工程系统动力学模型
• 4.3.1 线性多体系统传递矩阵法模型
• 4.4.2 多体系统离散时间传递矩阵法模型
• 4.4 工程系统动力学模型求解步骤
• 4.5 可控性，可观性
• 4.6 本章小结
• 5 工程系统动力学的工程应用─受控多管火箭系统发射动力学
• 5.1 引言
• 5.2 多管火箭发射动力学模型
• 5.3 多管火箭炮各元件的传递矩阵
• 5.3.1 地面至轮胎（轴）的传递矩阵
• 5.3.2 轮胎（轴）的传递矩阵
• 5.3.3 轮胎（轴）至车体的传递矩阵
• 5.3.4 车体的传递矩阵
• 5.3.5 方向机、高低机的传递矩阵
• 5.3.6 回转部分的传递矩阵
• 5.3.7 起落部分的传递矩阵
• 5.3.8 方向角对应的坐标变换矩阵
• 5.3.9 射角对应的坐标变换矩阵
• 5.4 受控多管火箭炮系统传递矩阵
• 5.5 定向器受力分析
• 5.5.1 定向管所受外力
• 5.5.2 燃气射流冲击力
• 5.5.3 质心位置、惯量矩阵和质量变化
• 5.6 多管火箭发射动力学数值仿真
• 5.6.1 单管射击定向器受控和无控侧偏角和俯仰角的影响
• 5.6.2 控制参数选择
• 5.6.3 40管齐射时定向器受控和无控的密集度仿真
• 5.7 本章小结
• 6 结束语
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录: 攻读博士期间发表论文和专利情况