在軌組裝空間結構面向主動控制的動力學建模1)

王恩美 鄔樹楠 吳志剛

?(大連理工大學航空航天學院,大連 116024)

?(大連理工大學工業裝備結構分析國家重點實驗室,大連 116024)

引言

隨著太空任務需求和空間技術的迅速發展,超大超輕的航天器應用前景越來越廣泛[1-2],如用于深空探測的太陽帆航天器[3-4],電子偵察衛星上搭載的大型可展開天線[5],以及空間太陽能電站[6-7],等等.受限于運載火箭的單次運載能力,目前超大型空間結構系統最有前景的構建方式之一是將結構設計為若干個組裝模塊[8-9],經過多次發射入軌,再通過在軌組裝來完成[10].隨著空間機器人技術[11]的不斷發展,在軌組裝技術在未來超大型空間結構的構建中將發揮更大的潛力.

以在軌組裝的方式構建空間結構,涉及到各組裝模塊的運輸、裝配,航天器的姿態調整和組裝結構整體的穩定保持等諸多動力學與控制問題[12],這些問題已經得到國內外學者的密切關注.文獻[13]研究了多個航天器的共同組裝問題,建立帶有撓性附件的航天器動力學模型,結合輸出一致控制器以及結構振動控制器,實現組裝的同時,避免了航天器運動過程中的碰撞問題以及撓性附件的振動; 文獻[14-15]研究了機械臂在抓取與搬運目標飛行器過程中的運動路徑規劃以及結構振動控制問題;文獻[16]討論了機器人在軌捕獲過程中避免關節沖擊破壞的避撞柔順控制問題,基于系統動量守恒關系、閉鏈系統位置與速度幾何約束關系,建立捕獲操作后空間機器人與被捕獲衛星閉鏈混合體系統綜合動力學方程,等等.上述工作主要針對在軌搬運過程中空間機器人與所搬運模塊的動力學建模與控制問題.文獻[17]針對在軌組裝過程中的動力學問題,以組裝過程中衛星基體的姿態振動最小為目標,開展了空間天線結構的最優組裝路徑研究,建立了當前天線模塊組裝沖擊力對衛星基體姿態干擾的模型.而由于組裝任務受諸多空間環境攝動和結構碰撞等擾動的影響[18-19],在軌組裝過程中空間結構整體的動力學建模與主動控制同樣非常重要[20-21].該過程中空間結構整體尺寸和質量逐漸增長,幾何構型、慣量以及動力學特性都在逐漸變化,且是隨著模塊逐個組裝上去而發生的離散型變化; 特別是以柔性結構為主體的空間結構,模塊結構的柔性特點明顯,在軌組裝過程中整體結構的柔性越來越大,通常需要建立較高維度的模型以保證精度[22];此外,隨著組裝過程中空間結構尺寸的逐漸增長,用于結構主動控制的作動器/傳感器的數量、以及控制系統的數據存儲量和計算量也是逐漸增長的,傳統集中式主動控制策略的適用性也面臨著巨大的挑戰.基于上述考慮,中心剛體加柔性附件的不變動力學模型將不再適用,需要建立新的模型來準確描述在軌組裝過程中空間結構的離散漸變動力學特性[23]并適用于后續控制系統的設計.

分散式控制策略[24]是一種將大系統控制問題拆解為若干個子系統獨立控制問題的策略,近年來以其低復雜度、高可靠性的優勢,已經在大型空間結構的主動控制領域得以廣泛應用.文獻[25-27]為實現大型空間結構的主動控制,在建立整體結構的動力學模型后,再基于模態坐標下彼此獨立的動力學模型提出分散式控制器; 文獻[28] 按結構的組成部分將大型空間結構分解為多個子結構,基于子結構的動力學模型設計分散式控制器,實現了整體結構的主動控制.在分散式控制策略的基礎上,分布式控制策略[29]在大型空間結構的主動控制領域也有相關應用.與前者的區別在于,在設計子系統控制器時分布式控制策略會考慮子系統周邊一定范圍內的測量信息,并設置控制器之間信息交互以構成分布式協同控制網絡,可進一步提高控制系統的可靠性與容錯性.文獻[30]將大型太陽能帆板分解為多個重疊子結構,基于子結構的動力學模型以及周邊測量信息提出分布式最優協同控制器,實現了帆板的主動振動控制.分布式控制策略還被用于大型光學望遠鏡的主動型面調整[31].但是,上述工作的研究對象均為已完成在軌構建的不變空間結構,與在軌搬運過程類似,建立這個階段的空間結構動力學模型也不需要考慮其動力學特性的變化.若考慮后續設計分布式控制系統來建立在軌組裝空間結構面向主動控制的模型,在每次組裝新模塊后都需要重新建立組裝結構整體的模型并轉換為相互獨立的模態坐標模型,或者重新分解子結構并根據每個子結構的邊界約束條件再次建模,建模工作過于重復、繁瑣.

針對上述問題,為描述在軌組裝過程中離散漸增的空間結構動力學特性,并適用于在軌組裝過程中分布式主動控制系統的設計,本文提出一種在軌組裝空間結構面向主動控制的動力學建模方法,以期為這種漸增結構的動力學建模工作提供參考.

1 面向分布式控制的建模思想

超大型空間結構通常是由大量不同類別的模塊通過機械臂或組裝機器人在軌組裝而成; 受有限的測量域和作動域約束,一般采用數量較多的傳感器和作動器用于結構主動控制(振動抑制、形狀保持等)[32],并于在軌組裝前安裝在若干模塊上.隨在軌組裝的進行,結構形式由分散的模塊逐漸轉為整體空間結構,主動器件也自然實現了分布式的配置方式,如圖1 所示.模塊的組裝特點以及主動器件的配置方式,與直接以局部結構為控制對象的分布式控制策略有著“天然”的一致性,為智能組件(intelligent component,IC) 的引入創造了有力條件.為后續描述方便,本文稱在軌組裝過程中的整體空間結構為在軌組裝結構.

本文中智能組件是一種面向分布式控制的被控主動結構單元,包含一個或多個組裝模塊,且具備主動感知和計算執行能力.欲采取的分布式主動控制策略(圖1),是根據結構組裝特點、傳感器與作動器的配置約束,將在軌組裝結構人為地分解成多個智能組件,建立智能組件的動力學模型并隨著組裝的進行對其動態更新; 然后設計每個智能組件的主動控制器,通過智能組件之間的彼此協同,構成分布式主動控制系統,進而實現在軌組裝結構的主動控制.因此,面向分布式控制的動力學建模工作是實現在軌組裝結構主動控制的必要前提,具體包括:(1) 建立不同類別組裝模塊的基礎模型庫; (2)智能組件的結構形式設計與面向分布式控制的建模; (3)在軌組裝過程中智能組件的模型更新; (4)在軌組裝結構的動力學建模.

圖1 在軌組裝過程中分布式主動控制策略示意圖Fig.1 The diagram of the distributed active control strategy during on-orbit assembly

2 在軌組裝過程中面向分布式控制的建模

在軌組裝結構的拓撲形式總是變化的,組裝過程宏觀上是空間結構整體動態增長的過程; 而每次選擇不同數量、類別的模塊在不同的位置進行組裝,會直接導致在軌組裝結構不同的拓撲形式變化過程,因此組裝過程微觀上體現在每次組裝時選擇的位置,以及組裝位置周邊的模塊鄰接狀態變化.本節充分利用這一組裝特點,建立在軌組裝結構面向分布式控制的動力學模型.

2.1 組裝模塊的基礎模型庫

空間結構由大量模塊在軌組裝而成,組裝模塊的類別不盡相同,可通過幾何參數(結構尺寸、結構形狀等)、材料參數等進行區分.所有模塊按預定位置進行組裝的過程具有規律性、重復性[33],因此,可將組裝模塊作為最基本的單元建立基礎模型庫.

針對不同類別的待組裝模塊,基于有限元建模方法得到模塊的有限元參數,包括剛度陣Ki、質量陣Mi以及有限單元與節點的對應關系.定義模塊的組裝接口,即模塊在每個可組裝方向上可供鄰接模塊共用的有限節點; 模塊的組裝方向為模塊可供其他模塊物理連接的邊界,例如空間組裝的立方桁架模塊可組裝方向為沿本體軸的正負方向共6 個方向,在平面組裝的矩形板模塊可組裝方向為沿平面內的正負方向共4 個方向.根據上述有限元建模得到的模型信息以及組裝接口信息建立包含不同類別模塊的基礎模型庫,如圖2 所示.

在后續智能組件和在軌組裝結構建模時,可直接查詢調用模型庫中相應類別模塊的模型參數和組裝接口,避免大量的重復建模工作,提高建模效率.

2.2 面向分布式控制的智能組件動力學模型

圖2 建立模塊基礎模型庫Fig.2 Establish the basic model database of different modules

由于在軌組裝過程微觀體現為每個模塊鄰接狀態的變化過程,借鑒多體系統中的連通矩陣[34]定義鄰接關系矩陣Hi表示模塊i的直接鄰接狀態

假設在軌組裝結構共有N個模塊,Hi(q)=j表示第i個模塊的第q個組裝方向上與第j個模塊相鄰;Hi(q)=0 表示第i個模塊在第q個方向上沒有鄰接的模塊;q的最大取值取決于模塊可組裝方向的個數qmax.矩陣Hi表示了模塊i可組裝方向上鄰接模塊的編號信息,由于矩陣Hi在組裝過程中隨模塊自身鄰接情況的變化而更新,它也間接反映了模塊邊界約束條件隨組裝的變化.

在前文中已經給出了智能組件的定義,帶有傳感器和作動器、并集成控制算法的組裝模塊(即主動模塊),具備主動感知和計算執行能力,可直接作為面向分布式控制的一個智能組件.但為更好地利用周邊測量信息,并考慮作動器的作用影響范圍,這里定義主動模塊i及給定范圍內的鄰接模塊Ji作為一個智能組件ICI,如圖1 所示.其中主動模塊i為核心控制模塊,即以模塊i的控制器和作動器作為智能組件ICI的控制器和作動器,而將組裝模塊集合{i,Ji}的所有傳感器作為ICI的傳感器;允許不同智能組件包含的模塊集合有交集.相比于直接以主動模塊i作為一個智能組件,這種設計在建模時可更多地考慮模塊之間的物理連接和相互作用影響,充分利用給定范圍內的結構動力學模型和測量信息求解智能組件ICI的控制向量; 此外,可根據具體結構中主動模塊的分布情況及控制需求調整智能組件包含模塊的范圍,實現參數化更改.例如,只包含直接鄰接關系的模塊,或兩層鄰接關系內的模塊.在軌組裝過程中給定智能組件包含模塊的范圍后,其結構形式還可根據模塊集合{i,Ji}的變化實現自適應更新,這一點下一節將詳細說明.

根據以上提出的智能組件結構形式,基于模塊基礎模型庫和鄰接關系矩陣,建立智能組件ICI的動力學模型.

(1)根據模塊的組裝位置以及鄰接關系矩陣建立已組裝模塊的信息庫.按模塊的鄰接關系矩陣和給定的包含范圍,記錄智能組件ICI當前包含的模塊集合{i,Ji};根據ICI所有的有限節點與自由度數量,建立相應維度的零剛度陣KII、零質量陣MII.

(2)調用基礎模型庫中模塊i的剛度陣Ki與質量陣Mi,經位置轉換矩陣Ti換算后,直接加載在智能組件ICI相應節點自由度的位置,如圖3 所示; 對集合中其余模塊Ji均重復上述剛度陣/質量陣的加載步驟,遍歷結束后可得到智能組件ICI的剛度陣KII與質量陣MII;其中,KII和MII在模塊組裝接口處的共同節點自由度位置的元素是疊加后得到的.這一步稱作獲得智能組件剛度陣/質量陣的“節點自由度加載” 方法.與有限元方法中有限單元剛度陣/質量陣組集[35]類似,“節點自由度加載”方法將每個組裝模塊整體視為一個“有限單元”,基于智能組件包含的模塊集合和模塊的基礎模型庫,得到智能組件的節點與“有限單元”(模塊) 的對應關系; 以節點為基本單位,把對節點自由度有貢獻的“有限單元”剛度陣/質量陣中的元素在相應位置加載,獲得智能組件的剛度陣/質量陣.

圖3 “節點自由度加載”方法Fig.3 The‘node freedom degree loading’method

(3)確認主動模塊i的作動器在ICI中的相對布置位置,則面向分布式控制的智能組件ICI動力學模型表示為

式中,左端MII(Hi,Mi) 表示智能組件的質量陣MII與模塊的鄰接關系矩陣Hi和質量陣Mi相關,KII(Hi,Ki)同理,xII為ICI的節點位移向量,CII為阻尼矩陣;右端BIu為作動器布置位置矩陣,uII為控制向量;式(2)忽略了整體結構對智能組件ICI的有界作用[36].考慮ICI的測量向量YII,將動力學模型(2)轉換至狀態空間形式

其中,AII=是測量位置矩陣,YII是模塊集合{i,Ji}的所有測量向量,yII和分別表示位移測量向量與速度測量向量.式(2)和式(3)即為面向分布式控制的智能組件ICI動力學模型.

(4)根據智能組件ICI包含的模塊集合{i,Ji}以及式(2)和式(3)中的矩陣信息,建立智能組件ICI在組裝過程中的信息庫,為后續智能組件模型的自適應更新提供數據準備.

2.3 組裝過程中智能組件的模型更新

由于在軌組裝直接改變了模塊的鄰接狀態,也會造成對應智能組件包含的模塊集合發生改變,需要更新智能組件的動力學模型.多個模塊同時組裝時,智能組件模型更新的具體流程如圖4 所示:

(1)設同時組裝的模塊集合為E,按照預定的位置組裝新模塊e(e∈E),當模塊e的組裝位置處于主動模塊i的第q個組裝方向時,建立e的鄰接關系矩陣He后,更新已組裝模塊的信息庫,并按e的模型類別調用基礎模型庫進行模型準備.

圖4 在軌組裝過程中智能組件的建模與更新Fig.4 Establishing and updating the dynamic model of the IC during on-orbit assembly

(2) 由于主動模塊i的鄰接狀態發生變化,鄰接矩陣Hi相應的元素更新為Hi(q)=e,此時智能組件的動力學模型需要考慮這種邊界約束變化,這個變化體現在智能組件ICI所包含的模塊集合{i,Ji}內.更新集合{i,Ji}后,利用“節點自由度加載”方法加載新模塊e的剛度陣Ke與質量陣Me,可得到智能組件ICI新的剛度陣KII與質量陣MII;再次確認模塊i的作動器在ICI中的相對布置位置后,易得到ICI更新后式(2)和式(3)的動力學模型,并同步更新ICI的信息庫.新模塊e的組裝也可能影響其他智能組件的模塊集合構成.但每個模塊組裝后,只有模塊集合發生改變的智能組件才需要更新其動力學模型.根據模塊組裝方向的定義可知,需要更新的智能組件數量上限為qmax.

(3)在不同位置組裝集合E中的所有新模塊,并同步更新相應智能組件的模型,即可完成本次組裝過程中相應智能組件的模型更新.

本文設計的智能組件結構形式可根據組裝過程中包含的模塊集合變化,將智能組件的邊界約束變化自然融入到模型更新中,使后續分布式控制系統也隨組裝而自適應更新,且不需要更新所有的智能組件控制器,降低控制系統更新的復雜程度.

2.4 在軌組裝結構的動力學模型

通過建立模塊的基礎模型庫和鄰接關系矩陣,并利用“節點自由度加載” 方法建立智能組件的動力學模型.建立在軌組裝結構的動力學模型時,也可借鑒該建模流程,不同之處在于在軌組裝結構包含的模塊集合為所有已組裝的模塊,即模塊{1,2,3,···,N}.通過Hi可得到所有模塊的鄰接關系矩陣G

G(i,j)=1 表示第i個模塊與第j個模塊有直接鄰接關系;反之,G(i,j)=0.根據矩陣G和基礎模型庫,按照2.2 節中建模流程獲得在軌組裝結構的剛度陣K和質量陣M后,在軌組裝結構的動力學模型可由下式表示

式中,左端M(G,Mi)表示在軌組裝結構的質量陣M與矩陣G和模塊的質量陣Mi相關,K(G,Ki) 同理,C為阻尼矩陣,x為所有的節點位移向量; 右端U=[u11,u22,u33,···,uNN]T為所有的控制向量,Bu為所有作動器的位置矩陣,W為組裝過程中的外力擾動,Bw為外力擾動的加載位置矩陣.將動力學模型(5)轉換至狀態空間形式

其中,A=根據鄰接關系矩陣G以及式(5) 和式(6)中的矩陣參數,建立在軌組裝結構的信息庫.

新模塊組裝時利用矩陣G反映的結構拓撲形式變化,在軌組裝結構的模型也可實現自適應更新,更新過程同2.3 節智能組件模型的更新過程,這里不再贅述.此外,通過定義不同類別的組裝模塊并擴展基礎模型庫,可得到構型多樣且復雜的在軌組裝結構的動力學模型.

3 大型空間桁架結構動力學建模與主動控制仿真

3.1 智能組件的動力學建模與更新

實際航天工程中超大型空間結構的組裝模塊多為桁架模塊,以在軌組裝的5 個桁架模塊為例(圖5),具體說明智能組件在組裝過程中的建模流程.5 個桁架模塊均為含有8 根桿件的正立方體模塊,其中只有模塊1 為主動模塊.

首先,根據模塊結構參數,將模塊分為主動模塊1 和非主動模塊{2,3,4,5}兩類; 基于有限元方法選擇桿單元,計算類1(主動) 模塊的剛度陣K1與質量陣M1和類2(非主動)模塊的剛度陣K2與質量陣M2,矩陣維數均為24×24,記錄有限單元編號(圖5 中組裝模塊處藍色數字)、節點編號(圖5 中組裝模塊處紅色數字)及其對應關系,獲得兩類模塊結構的有限元模型;兩類模塊在{x+,x-,y+,y-,z+,z-}6 個方向上組裝接口的節點編號分別為{5,6,7,8},{1,2,3,4},{3,4,7,8},{1,2,5,6},{2,4,6,8},{1,3,5,7};主動模塊作動位置為節點{1,4}.根據以上信息建立兩類模塊的基礎模型庫.

然后,將模塊依次組裝到指定位置,并設定以主動模塊1 以及有直接鄰接關系的模塊共同作為智能組件IC1.①輸入第1 個模塊的組裝位置(1,1,1),組裝后整個組裝結構只有一個模塊,鄰接矩陣H1=[0,0,0,0,0,0],以模塊1 的局部坐標系作為智能組件IC1的全局坐標系,調用基礎模型庫中類別1 的模塊模型,得到智能組件IC1的剛度陣和質量陣,K11=K1,M11=M1,作動位置為節點{1,4},推導動力學模型,建立IC1的信息庫; ②輸入第2 個模塊組裝位置(2,1,1),模塊2 組裝在模塊1 的x+方向,組裝后整個結構包括模塊1 和2,建立鄰接矩陣并更新模塊組裝信息庫; 此時鄰接矩陣H1改變,按上述給定范圍,IC1包含的模塊集合為{1,2},將模塊2 在x-方向上與模塊1 共用的節點{1,2,3,4}合并為{5,6,7,8},其余{5,6,7,8}號節點順次編號為{9,10,11,12}; 擴充智能組件IC1的剛度陣K11和質量陣M11維度到36×36,求得模塊2 的局部坐標系到全局坐標系的坐標轉化矩陣T2,調用類別2的有限元模型,將模塊2 轉換后的剛度陣、質量陣在對應節點自由度位置按“節點自由度加載” 方法進行加載(圖5 中剛度陣/質量陣的每個方格表示相應節點對應自由度的剛度元素/質量元素,重疊位置的元素通過疊加得到,空白位置的元素為零),由此得到當前智能組件IC1的剛度陣K11和質量陣M11; 作動位置依然為節點{1,4},推導得到IC1的動力學模型,并更新IC1的信息庫;③第3 個模塊組裝位置(1,2,1),第4 個模塊組裝位置(1,1,2),每次組裝后均按照組裝第2 個模塊后的流程更新IC1的動力學模型和信息庫;④第5 模塊組裝后,并未改變智能組件IC1包含的模塊集合,依然是{1,2,3,4},所以IC1的動力學模型和信息庫不需要更新.每一次組裝更新后IC1的模型即為桁架結構在軌組裝過程中面向分布式控制的動力學模型.

圖5 組裝過程中模塊的鄰接矩陣以及智能組件剛度陣/質量陣的更新Fig.5 Updating the adjacent matrices of the modules and the stiffness/mass matrix IC1 during assembly

3.2 在軌組裝桁架結構的動力學建模與分布式控制

考慮由78 個統一類別的桁架模塊組裝而成的大型空間桁架結構,模塊沿z軸正方向分三層按次序組裝,組裝完成后整體結構的三維視圖以及xz,xy平面視圖如圖6 所示,xy平面視圖的編號為每層模塊的組裝序列.其中,每個組裝模塊為邊長2 m 的正立方體桁架模塊(圖7),包含18 根橫截面積為0.001 m2的桿件,桿件材料的彈性模量E=235 GPa,泊松比=0.30,密度=1720 kg/m3,結構阻尼比為0.005.假定每個桁架模塊均為主動模塊,配有同位力作動器與位移速度傳感器,布置于圖7 中節點{1,4}處.假設每次只組裝一個模塊,模塊組裝后進行剛性鎖定,并忽略相鄰模塊之間的連接件與縫隙.

圖6 大型空間桁架結構示意圖Fig.6 The diagram of the large space truss structure

圖7 組裝模塊有限元單元劃分Fig.7 Meshing the finite elements of module

根據第2 節所述方法獲得在軌組裝桁架結構式(5)和式(6)的動力學模型,假設組裝后節點{1,2,3,4}固定(這一假設非在軌工況,僅為簡化結構分析),隨組裝的進行,桁架結構整體幾何構型不同,分析桁架結構在整個過程中的固有頻率特性.圖8 給出了每次組裝后結構一階固有頻率的變化過程.從圖中可以看出,結構特性有明顯的改變,一階頻率越來越低,組裝后期甚至低于1 Hz,結構的柔性越來越大;由于節點{1,2,3,4}固定,模塊27,53(分別是組裝在z軸第2,3 層的第一個模塊)組裝時一階頻率略有升高,說明整體結構特性的改變也與每次的組裝位置相關.

圖8 組裝過程中空間桁架結構的一階頻率Fig.8 The first frequency of the whole space truss structure during assembling

考慮由模塊組裝引起的結構碰撞沖擊作為外力擾動,分析桁架結構在組裝過程中的動力學響應.以加載在組裝邊界各坐標軸方向上的隨機脈沖激勵來模擬模塊的碰撞沖擊

圖9 模塊10 在組裝過程中的動力學響應與控制力Fig.9 The dynamic response and the control force of the module10

圖10 模塊60 在組裝過程中的動力學響應與控制力Fig.10 The dynamic response and the control force of the module 60

其中,tI0為每次組裝的起始時間.圖9(a) 和圖10(a)中的dx–BC 曲線(粉色短劃線)分別給出第10 個和第60 個模塊在節點1 處沿x軸的振動幅值變化曲線.從圖中可以看出,模塊的振動幅值在整個組裝過程中,特別是在組裝后期,有明顯增大的趨勢; 這也反映了整個桁架結構在這個過程中越來越柔,當在軌組裝結構的尺寸更大時,進行主動振動抑制是必要的.另一方面,模塊振動幅值增大的趨勢隨周邊組裝情況的不同是發生變化的:當周邊有新模塊組裝時,撞擊直接加載在該模塊邊界,會引起結構較大的振動;若新模塊組裝位置距離較遠,引起的振動幅值較小; 這進一步反映了振動幅值與模塊待組裝的位置有關,按不同的位置序列進行組裝會導致在軌組裝結構不同的動力學特性變化.

為進一步驗證智能組件動力學模型的有效性,應用分布式自適應PD 協同控制器[37]

來抑制桁架結構在組裝過程中由于模塊撞擊而引起的振動,其中設定智能組件ICI包含的模塊集合為主動模塊i自身及其直接鄰接模塊Ji={j|Hi(q)=j,j0},uII為智能組件ICI的控制向量,KPD為比例控制增益,δiq為協同參數,Yi為模塊i的測量向量.每次桁架模塊的組裝都會引起部分智能組件包含的模塊集合改變,其動力學模型與控制器參數KPD,δiq也相應更新.圖9(a)和圖10(a)中dx–AC 曲線(綠色實線) 分別表示第10 個模塊與第60個模塊控制后的相應振幅曲線,(b) 圖中Ux曲線表示控制向量在節點1 處沿x軸的控制分力.與控制前的dx–BC 曲線相比,模塊的振動幅值明顯降低,驗證了智能組件的結構形式設計與動力學模型適用于在軌組裝結構的分布式主動控制.

4 結論

針對在軌組裝結構尺寸逐漸增長、不易建立面向主動控制的動力學模型問題,本文提出了智能組件的結構形式,開展了在軌組裝結構面向分布式主動控制的動力學建模研究.研究結果表明,在軌組裝結構的一階頻率隨組裝進行越來越低,結構主動控制是必要的;通過建立模塊的基礎模型庫、再結合鄰接關系矩陣和“節點自由度加載”的建模方法,可高效地建立構型多樣的在軌組裝結構動力學模型; 該模型可隨組裝工作過程自適應更新,且適用于描述在軌組裝結構離散漸變的動力學特性; 基于該方法建立的面向分布式控制的智能組件動力學模型,組裝過程中可根據鄰接關系矩陣限定更新范圍,進一步降低后續控制系統更新的復雜程度,適用于在軌組裝結構的分布式主動控制.