5.4.2 空间站展开机构运动分析及动态响应
柔性展开机构的设计驱动规律为:初始时电动机转速为0,开始展开运动初始10s,两电动机提供4.0N·mm驱动力矩以4.5rad/s2作匀加速驱动,在10s后驱动力矩为0,展开机构借助惯性完成展开运动。电动机驱动规律如图5-15所示。
图5-15 电动机驱动规律
根据柔性展开机构的动力学分析,可以计算出电动机受到的反力(矩),这是电动机提供的实际传递力矩,如图5-16所示。可以看出:由于柔性构件变形与机构运动的耦合影响,实际传递力矩为非线性,使机构驱动力矩的随机性增大。
通过柔性机构的确定性运动仿真,分别得到构件B2的展开角速度、角加速度和质心处变形的动态响应;以及构件B5的展开速度、加速度和质心处变形的动态响应。其中,构件B2的角速度从展开运动0s开始振荡递增,动态响应极值出现的时间在10s左右,随后逐渐振荡下降,但是在30s时仍然存在少部分残余运动,如果残余运动很大,对机构的定位控制不利,如图5-17所示。
图5-16 电动机提供的传递力矩
a)B8传递力矩 b)B11传递力矩
图5-17 构件B2的展开角速度
构件B5的速度为高度非线性,从展开运动0s开始逐渐振荡递增,动态响应极值出现的时间在5s左右,随后逐渐振荡平稳下降,在30s时刻趋近于0mm/s,表明构件B5在展开后的残余运动很小,如图5-18所示。
构件B2的角加速度从展开运动0s开始振荡递增,动态响应极值出现的时间在1.2s左右,随后逐渐振荡下降,在30s时刻趋近于0mm/s,表明构件B5在展开后的残余运动很小,如图5-19所示。
图5-18 构件B5的展开速度
图5-19 构件B2的角加速度
构件B5的加速度从展开运动0s开始振荡递增,动态响应极值出现的时间在10s左右,随后逐渐振荡下降,但是在30s时仍然存在少部分残余运动,如果残余运动很大,对机构的定位控制不利,如图5-20所示。
图5-20 构件B5的加速度
构件B2的质心变形从展开运动0s开始振荡递增,动态响应极值出现的时间在1.2s左右,随后逐渐振荡下降,但是在30s时仍然存在少部分残余变形,如果残余变形很大,对机构的定位控制不利,如图5-21所示。
图5-21 构件B2的质心变形
构件B5的质心变形从展开运动0s开始振荡递增,动态响应极值出现的时间在1.2s左右,随后逐渐振荡下降,在30s时残余变形很小,如图5-22所示。
图5-22 构件B5的质心变形