基于向量键合图的空间多体动力系统一体化建模理论方法关键问题的研究

针对多能域耦合空间多体动力系统一体化建模与仿真问题，应用向量键合图方法进行研究。建立空间运动构件及各类铰约束的向量键合图模型，以此构建各类空间多体系统向量键合图。揭示其所包含的动力学原理并探索更具有一般性的有效解耦策略，在多能域范畴内实现代数解耦，解决自动化建模中所遇到的代数困难。在现有贮能场、阻性场及结型结构方程的基础上，引入EJS的特性方程及对应铰约束反力矢量0-结的流和方程。通过代数变换，分别建立考虑多能域耦合的空间多体动力系统状态方程、运动副约束反力方程，系统驱动力矩（驱动力）方程的统一公式，具有规则化的特点，便于计算机自动生成。基于MATLAB实现多能域耦合空间多体动力系统一体化建模与仿真。通过典型空间机构动力学仿真实验及工程系统实例的动态性能分析，验证课题理论工作的有效性。为进一步实现多能域耦合空间多体动力系统一体化建模与仿真的自动化及复杂机电系统的集成设计奠定理论基础。

对于复杂空间多体系统的计算机辅助建模、仿真及分析, 目前的方法及软件多数仅适用于单一能量形式系统（例如，机械系统）的局部动力学，对于多种能量形式耦合的空间多体系统全局动力学分析，具有局限性。另外，其仿真效率也有待于进一步地提高。向量键合图方法具有表达形式紧凑、结构简明的特点，对于解决上述问题颇具潜力。. 本项目的研究工作，解决了基于向量键合图的空间多体动力系统一体化建模理论方法的一系列关键问题，对进一步提高该类工作的自动化和实用化程度颇具意义，具有广泛的应用前景。对于键合图理论与应用的研究，也是重要的补充及扩展。. 通过本项目的研究工作，建立了单一空间运动构件及各类铰约束（包括：旋转铰、圆柱铰、球铰、棱柱铰、螺旋铰、万向节等）的向量键合图模型，构建了各类空间多体系统的向量键合图模型，揭示了其所包含的动力学原理。针对空间多体系统向量键合图模型中的微分因果环问题，给出了更具有一般性的有效解耦策略，在多能域范畴内实现了代数解耦，解决了其给自动化建模所带来的的代数困难。. 基于向量键合图理论，将系统划分为贮能场、阻性场、源场、EJS及结型结构。在系统贮能场特性方程、阻性场特性方程及结型结构方程的基础上，引入 EJS 的特性方程及对应铰约束反力矢量 0-结的流和方程。通过代数变换，分别建立了多能域耦合空间多体动力系统状态方程、运动副约束反力方程，系统驱动力矩（驱动力）方程的统一公式，具有规则化的特点，便于计算机自动生成。. 此外，基于MATLAB研制了相应的系统动力学分析软件，实现了多能域耦合空间多体动力系统一体化建模与仿真。通过各类典型空间多体系统的动力学建模、仿真及分析，说明了所述理论方法及所编制软件的有效性。