利用雅可比矩阵分析动力学
系统约束方程的概念:
对于刚体系,刚体间存在铰(或运动副)。在一个铰的邻接刚体中,一个刚体的运动将部分地牵制了另一刚体的运动。在一般情况下,描述系统位形的坐标并不完全独立,在运动过程中,它们之间存在某些关系。这些关系的解析表达式构成约束方程
将约束方程求导有

这即雅可比(C.G.J. Jacobi)矩阵,或简称约束方程的雅可比。
体系通用的动力学模型(具体可参考分析力学著作)即:![]()
它不是典型的常微分方程组,故仿真计算不是一般的常微分方程组初值问题 。为此定义变量阵
,
将方程动力学改写为![]()
上所述,经过上述变换,动力学仿真计算归结为对典型的常微分方程组的初值问题。在对上述初值问题进行数值积分的过程中方程之右函数中的
值不能直接得到,需通过解代数方程得到。此时拉格朗日乘子的值也同时得到。由此可知,在解上述的初值问题时,除了应用常微分方程初值问题的数值积分外,还将用到求解线性代数方程组的数值方法。
博客介绍利用雅可比矩阵分析动力学。先阐述系统约束方程概念,刚体系中刚体运动相互牵制,坐标间关系构成约束方程,其求导得到雅可比矩阵。体系动力学模型经变换归结为典型常微分方程组初值问题,求解时除用数值积分,还需用求解线性代数方程组的数值方法。
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