一种两体动力学模型试验验证方法与流程

1.本发明涉及两体动力学领域，更具体地，涉及一种两体动力学模型试验验证方法。


背景技术：

2.某浮空平台采用柔性绳索进行吊舱整体式质量矩控制，该控制技术是一种新技术，可在较小的能源消耗下提供较大姿态控制力矩，因此飞行稳定性高，且抗风能力强，同时可提高飞行器的载荷能力和飞行器执行任务能力，该技术应用面很广，但是面临着很多建模和试验验模问题。由于柔性绳索具有“多自由度”工作特性，传统的动力学建模和仿真验证方法无法满足需求。
3.而基于绳系系统模型的动力学建模方法，由于系绳的柔性特点，其与两端物体连接方式的多样化以及系统内部多种作用力共存，建模过程中的不确定因素很多，而进行控制系统设计的前提是建立较为精确的动力学模型，因此就需要对所建立的动力学模型进行校验。现有的模型校验方法主要包括数学仿真验证和动力学仿真软件验证，而动力学软件验证的方法需要人为设置参数，并且可操作性不强，难以进行较为全面的模型校验，数学仿真方法的误差水平具有不确定性，尤其是约束条件方程在数值运算中存在偏差大，对参数敏感的问题，尤其是高刚度弹性绳模型处理，容易带来绳索力大幅变化，这与实际情况不符，严重影响了数学仿真可信度，另外鉴于实际过程要比数学模型更为复杂，迫切需要开展物理验证试验，与数学模型相互比对校验分析。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种两体动力学模型试验验证方法，解决传统动力学仿真验证方法无法评估绳系系统模型动力学建模准确度的问题。
5.为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
6.本发明提供了一种两体动力学模型试验验证方法，包括以下步骤：
7.搭建两体动力学模型试验系统，所述系统包括：浮空平台和地面遥测站；
8.对搭建好的试验系统的各个控制通道进行测试，开启所述试验系统，确认所述浮空平台能够正常接收地面遥测站发出的遥控指令并受控，且遥控遥测功能正常，之后对试验系统的控制通道进行动力学测试，并记录测试状态和测试数据；
9.所述试验系统的所有控制通道测试完成，将所述控制通道测试用到的遥控指令注入两体动力学数学模型，进行数学仿真计算，对比数学仿真结果与试验系统所得到的测试数据，评估数学模型的可信度。
10.在一个具体实施例中，所述浮空平台包括：气囊、吊舱、驱动装置、敏感元件、遥测组合和固定件，其中：
11.所述驱动装置包括：缆绳、缆绳操纵机构和两个螺旋桨，所述气囊和吊舱通过第一缆绳、第二缆绳、第三缆绳和第四缆绳四根缆绳连接，缆绳的长度通过缆绳操纵机构改变，两个螺旋桨安装在所述吊舱上，用于提供所述浮空平台的水平位移和偏航运动，缆绳操纵
机构和所述遥测组合也安装在吊舱上；
12.所述敏感元件包括：绳索测力计、气囊导航装置和吊舱导航装置，其中，绳索测力计安装在所述缆绳上，用于测量缆绳上的力，所述气囊导航装置和吊舱导航装置分别安装在所述浮空平台的气囊质心附近和吊舱质心附近上，用于测量和解算气囊和吊舱的线运动和角运动；
13.所述遥测组合和所述地面遥测站配合使用，用于所述浮空平台响应地面遥测站发出的指令，和下传给地面遥测站所述敏感元件的测试数据；
14.固定件用于将所述浮空平台悬挂起来，建立所述浮空平台的自由运动状态。
15.在一个具体实施例中，所述控制通道包括：俯仰通道、滚转通道、偏航通道和速度通道，对各个通道的测试步骤包括：
16.俯仰通道：所述浮空平台处于稳定状态，地面遥测站发出第一遥控指令，驱动缆绳操纵机构改变第一缆绳和第二缆绳的长度，所述气囊和吊舱产生俯仰方向相对运动，记录所述敏感元件的测试数据，所述浮空平台再次达到稳定状态时停止记录；
17.滚转通道：所述浮空平台处于稳定状态，地面遥测站发出第二遥控指令，驱动缆绳操纵机构改变第三缆绳和第四缆绳的长度，所述气囊和吊舱产生滚转方向相对运动，记录所述敏感元件的测试数据，所浮空平台再次达到稳定状态时停止记录；
18.偏航通道：所述浮空平台处于稳定状态，地面遥测站发出第三遥控指令，驱动两个螺旋桨运动，吊舱产生偏航运动，气囊和吊舱产生偏航方向相对运动，记录所述敏感元件的测试数据，所浮空平台再次达到稳定状态时停止记录；
19.速度通道：所述浮空平台处于稳定状态，地面遥测站发出第四遥控指令，驱动两个螺旋桨运动，吊舱产生前进运动，所述气囊和吊舱产生相对位移，记录所述敏感元件的测试数据，所浮空平台再次达到稳定状态时停止记录。
20.在一个具体实施例中，所述浮空平台的稳定状态为所述气囊和吊舱姿态角为零或者定值或者所述气囊和吊舱的角运动速度为定值。
21.在一个具体实施例中，所述第一遥控指令为俯仰缆绳指令，为
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20cm，
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15cm，
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10cm，
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5cm，5cm，10cm，15cm，20cm，其中，
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表示缆绳收的长度，+表示缆绳放的长度，+号在此省略。
22.在一个具体实施例中，所述第二遥控指令为滚转缆绳指令
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20cm，
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15cm，
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10cm，
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5cm，5cm，10cm，15cm，20cm，其中，
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表示缆绳收的长度，+表示缆绳放的长度，+号在此省略。
23.在一个具体实施例中，所述两个螺旋桨开始转速均为500r/min，所述第三遥控指令为第一螺旋桨与第二螺旋桨的差动转速指令，为差动转速200r/min，400r/min，600r/min，并且两个螺旋桨的转速之和与起始转速之和保持一致。
24.在一个具体实施例中，所述第四遥控指令为第一螺旋桨与第二螺旋桨转速指令之和，为转速500r/min，1000r/min，1500r/min，无起始转速，无差动转速。本发明的有益效果如下：
25.本发明提出了一种基于绳索操控的两体动力学模型试验验证方法，解决了传统的动力学仿真验证方法无法应用于存在柔性绳索下的两体动力学模型校核问题。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1示出本发明一个实施例一种两体动力学模型试验验证方法的流程图。
28.图2示出本发明一个实施例一种两体动力学模型试验系统的示意图。
具体实施方式
29.为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
30.一方面，本发明实施例提供了一种两体动力学模型试验验证方法，如图1所示，包括以下步骤：
31.搭建两体动力学模型试验系统，如图2所示，所述系统包括：浮空平台和地面遥测站3；
32.对搭建好的试验系统的各个控制通道进行测试，开启所述试验系统，确认所述浮空平台能够正常接收地面遥测站发出的遥控指令并受控，且遥控遥测功能正常，之后对试验系统的控制通道进行动力学测试，并记录测试状态和测试数据；
33.所述试验系统的所有控制通道测试完成，将所述控制通道测试用到的遥控指令注入两体动力学数学模型，进行数学仿真计算，对比数学仿真结果与试验系统所得到的测试数据，评估数学模型的可信度。
34.在一个具体实施例中，所述浮空平台包括：气囊1、吊舱2、驱动装置、敏感元件、遥测组合9和固定件10，其中：
35.所述驱动装置包括：缆绳5、缆绳操纵机构11和两个螺旋桨8，所述气囊1和吊舱2通过第一缆绳、第二缆绳、第三缆绳和第四缆绳四根缆绳连接，即前、后、左、右四根缆绳连接，缆绳的长度通过缆绳操纵机构改变，两个螺旋桨安装在所述吊舱上，用于提供所述浮空平台的水平位移和偏航运动，缆绳操纵机构和所述遥测组合也安装在吊舱上；
36.所述敏感元件包括：绳索测力计4、气囊导航装置6和吊舱导航装置7，其中，绳索测力计4安装在所述四根缆绳上，用于测量缆绳上的力，所述气囊导航装置和吊舱导航装置分别安装在所述浮空平台的气囊质心附近和吊舱质心附近上，用于测量和解算气囊和吊舱的线运动和角运动；
37.所述遥测组合9和所述地面遥测站3配合使用，用于所述浮空平台响应地面遥测站发出的指令，和下传给地面遥测站所述敏感元件的测试数据；
38.固定件10用于将所述浮空平台悬挂起来，建立所述浮空平台的自由运动状态。
39.在一个具体实施例中，所述控制通道包括：俯仰通道、滚转通道、偏航通道和速度通道，对各个通道的测试步骤包括：
40.俯仰通道：所述浮空平台处于稳定状态，地面遥测站发出第一遥控指令，驱动缆绳操纵机构改变第一缆绳和第二缆绳的长度，所述气囊和吊舱产生俯仰方向相对运动，记录所述敏感元件的测试数据，所述浮空平台再次达到稳定状态时停止记录；
41.滚转通道：所述浮空平台处于稳定状态，地面遥测站发出第二遥控指令，驱动缆绳操纵机构改变第三缆绳和第四缆绳的长度，所述气囊和吊舱产生滚转方向相对运动，记录所述敏感元件的测试数据，所浮空平台再次达到稳定状态时停止记录；
42.偏航通道：所述浮空平台处于稳定状态，地面遥测站发出第三遥控指令，驱动两个螺旋桨运动，吊舱产生偏航运动，气囊和吊舱产生偏航方向相对运动，记录所述敏感元件的测试数据，所浮空平台再次达到稳定状态时停止记录；
43.速度通道：所述浮空平台处于稳定状态，地面遥测站发出第四遥控指令，驱动两个螺旋桨运动，吊舱产生前进运动，所述气囊和吊舱产生相对位移，记录所述敏感元件的测试数据，所浮空平台再次达到稳定状态时停止记录。
44.在一个具体实施例中，所述浮空平台的稳定状态为所述气囊和吊舱姿态角为零或者定值或者所述气囊和吊舱的角运动速度为定值。
45.在一个具体实施例中，所述第一遥控指令为俯仰缆绳指令，为
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20cm，
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15cm，
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10cm，
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5cm，5cm，10cm，15cm，20cm，其中，
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表示缆绳收的长度，+表示缆绳放的长度，+号在此省略。
46.在一个具体实施例中，所述第二遥控指令为滚转缆绳指令
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20cm，
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15cm，
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10cm，
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5cm，5cm，10cm，15cm，20cm，其中，
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表示缆绳收的长度，+表示缆绳放的长度，+号在此省略。
47.在一个具体实施例中，所述两个螺旋桨开始转速均为500r/min，所述第三遥控指令为第一螺旋桨与第二螺旋桨的差动转速指令，为差动转速200r/min，400r/min，600r/min，并且两个螺旋桨的转速之和与起始转速之和保持一致。
48.在一个具体实施例中，所述第四遥控指令为第一螺旋桨与第二螺旋桨转速指令之和，为转速500r/min，1000r/min，1500r/min，无起始转速，无差动转速。
49.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。