Stewart平台动力学建模及鲁棒主动隔振控制

未来复杂航天器低频模态密集,其敏感载荷要求很高的指向精度和稳定度,只对航天器本体姿态控制很难满足要求.本文采用Stewart超静平台对敏感载荷进行6自由度主动隔振,建立了非线性动力学模型,并根据线性模型设计了多变量鲁棒控制器,采用DK迭代算法求解.频域分析可得Stewart平台对3～800Hz的扰动主动隔振大于25dB,仿真证明Stewart平台对10Hz谐波扰动隔振性能优于40dB,对白噪声随机扰动隔振性能优于30dB,有效抑制了微小扰动,起到了6自由度超静隔振平台作用.     

柔性空间结构高阶有限元模型与主动振动控制研究

应用压电材料实现大型柔性空间结构的振动控制引起了广泛关注。针对上下表面粘贴压电层的复合层梁结构，采用高阶位移场模型，利用线性热压电本构关系和Hamilton原理导出了层梁结构的高阶有限元模型。电势和温度沿厚度方向的分布均采用线性模型。采用常增益速度负反馈控制、Lyapunov反馈控制和基于独立模态的线性二次型调节器（LQR）设计主动控制器，实现了层梁结构脉冲激励和热载荷作用下的振动主动控制。仿真结果表明，LQR方法更能有效的实现结构振动控制，其振动衰减时间较短，作动器峰值电压更低，但不能消除热载荷引起的结构静变形。     

压电主动杆Maxwell动力学建模与鲁棒H∞控制研究(英文)

未来高性能航天器迫切需要基于压电作动的主动减振控制。针对压电作动器和检波器组成的主动杆系统,基于控制目的,推导了作动器Maxwell动力学模型,为了更好的反映检波器噪声和低频较差性能带来的影响,采用同价的SUITE动杆的系统辨识模型设计了H∞控制器,仿真结果表明H∞控制器对100Hz的正弦扰动有效隔离73% (11.4dB),对频带250Hz的白噪声有效隔离70%     

利用压电自敏感致动器的挠性结构振动主动控制实验研究

以粘贴有压电自敏感致动器的挠性梁振动主动控制为例，论述了进行挠性结构传感器／致动器及控制一体化研究的方法，文中给出了压电自敏感致动器的电路模型及自敏感感器 变测量和应变速度测量电路，推导了测量公式，以玻璃钢材料的挠性梁为实验对象，并采用自适应滤波技术来实现振动主动控制，控制系统由ＴＭＳ３２０Ｃ２５及４８６计算机组成的主从机系统来实现，实验结果表明此种控制方法是有效的。     

大载荷主动隔振平台技术综述及其

文章从智能材料的特性、作动器的设计及配置方案,控制建模、控制算法、控制器设计等控制技术,隔振方法、承力方案、连接结构等结构设计技术等几方面对大载荷主动隔振平台技术进行了综述,对国内外近几年在大载荷隔振平台研究开发中智能材料的应用、控制技术及结构设计等方面的研究进展做了较全面的总结与阐述,并在此基础上提出了隔振致稳控制平台承载能力、隔振致稳控制平台精度的评定方法。     

基于音圈式Stewart平台的零刚度卫星复合姿态控制研究

针对扰动及卫星本体振动传递对高精度载荷姿态控制的影响,研究了基于音圈式Stewart隔振平台的零刚度超静卫星及其姿态控制问题。利用音圈作动器在电磁作用原理下存在结构间隙的特点,实现卫星载荷舱与本体舱结构非接触,理论上完全隔离振动。围绕该零刚度卫星两舱非接触引发的姿态控制难题,综合滑模控制强抗干扰能力和动态逆控制形式简明的特点,提出了鲁棒复合控制律,可弥补滑模控制律等效控制过于繁琐和动态逆控制器鲁棒性的不足,并证明了在该控制器作用下不确定动态系统的闭环稳定性。建立了载荷舱和本体舱的动力学与运动学模型,基于两舱相对动力学和运动学关系的分析,设计了载荷舱高精度高稳姿态控制和本体舱精确跟踪姿态控制律,证明了复合控制律的有效性。仿真结果表明:该零刚度卫星能实现较高的姿态控制精度,验证了所提算法的可行性及潜在的应用价值。     

采用共位配置的分布式压电敏感器和致动器的挠性结构振动控制

研究采用共位配置的分布式压电敏感器和致动器的挠性悬臂梁的振动控制问题，其中敏感器由压电聚乙二烯氟化物薄膜（PVDF）制成，致动器由压电陶瓷（PZT）或PVDF制成。本文首先建立系统的模型，设计了一种线性反馈控制方案，并应用无穷维空间的LaSalle不变原理，证明了相应闭环系统的渐近稳定性。     

挠性悬臂板的变结构控制研究

针对航天器上太阳帆板这种悬臂外伸薄板结构的挠性附件 ,在存在建模参数不确定及外部扰动条件下所引起的振动 ,本文采用压电致动片作为执行器 ,将变结构控制应用于板的主动振动控制。通过仿真研究结果与应变律反馈控制比较 ,可知变结构控制具有较强的鲁棒性 ,同时控制器结构简单 ,易于实现     

基于压电叠层作动器的柔性自旋导弹振动控制

针对柔性自旋导弹弹性振动问题,提出将压电叠层作动器应用于导弹弹性振动控制方法。将导弹简化为非均匀自由-自由Timoshenko梁模型,考虑陀螺效应和推力作用,将压电叠层作动器应用于导弹弹性振动,基于有限元方法建立含有压电叠层作动器的柔性自旋导弹动力学模型,同时设计模糊滑模控制器,对质量偏心引起的不平衡响应进行数值仿真,通过与不同控制方法进行对比,验证该方法的有效性。     

整星主动隔振平台研究

整星隔振是降低作用于卫星的振动载荷的有效方法。在被动隔振的基础上施加主动控制可以提高隔振系统性能，实现全频带隔振。首先介绍了整星隔振技术的发展现状，并根据运载火箭的特殊环境要求确定了整星主动隔振平台方案。然后本文对隔振平台的各种控制方法进行了对比，对平台的冗余和重构问题进行了分析。实验结果表明，与被动隔振相比主动隔振平台有更好的低频隔振性能。     

双超敏捷卫星载荷舱扰动补偿研究

文章针对动静隔离式双超敏捷卫星载荷舱存在活动部件时，载荷舱指向精度下降的问题，依据双超敏捷卫星的特点，对双超敏捷卫星载荷舱进行了扰动补偿研究。首先，建立了载荷舱活动部件扰动模型以及双超敏捷卫星模型，扰动包括反作用飞轮小幅值高频随机扰动和摆镜扫描大幅值规律性扰动；然后，在采用飞轮扰动被动隔振和摆镜扫描主动补偿的基础上，利用双超敏捷卫星磁浮机构带宽高的特点进行二次主动隔振。仿真结果表明：在进行飞轮扰动被动隔振以及摆镜扫描扰动主动补偿后，载荷舱的指向精度提高到6×10-3（deg）；磁浮机构进行二次主动隔振后，载荷舱的指向精度提高到2×10-4（deg）。该方法为双超敏捷卫星载荷舱受扰时指向精度下降问题提供解决思路。利用磁浮机构不仅可以隔离平台舱的扰动，而且可以提供高带宽主动控制力来抑制载荷舱的扰动。但在具体实施过程中还需考虑载荷舱与平台舱之间的碰撞问题。     

基于特征模型的挠性悬臂板控制

针对航天器上太阳帆板这种悬臂外伸薄板结构的挠性附件 ,存在环境扰动下所引起的振动 ,本文采用压电智能结构作为执行器对悬臂板进行主动振动控制。基于板系统的特征建模 ,并结合自适应控制对挠性板的主动控制进行了研究。通过仿真研究结果与应变律反馈控制比较 ,表明该方法的有效性     

压电智能结构传感器/作动器位置优化研究

研究压电主动结构振动控制当中传感器／作动器的位置优化问题。从系统的状态空间方程出发，在系统可控性、可观性Grammian矩阵特征值的基础上来描述性能指标，以控制能量最小化和传感能量最大化作为优化目标，利用遗传算法（GE）进行优化计算，计算过程中对传感器／作动器的位置采用二进制编码加以描述。通过对一压电板结构的仿真计算对该方法进行了验证，优化计算结果与枚举法结果完全相符，从而证明了方法的有效性。     

光致伸缩作动器对开口球壳的主动振动控制

基于电压源模型,推导出薄膜式光致伸缩作动器应变与光强的本构关系。建立光电层合球壳系统动力学方程及模态控制方程。利用规格化后的模态控制因子对球壳子午线方向及圆周方向的薄膜与弯矩效应进行评价,不同位置下的模态控制因子为作动器布局优化提供了依据。将LQR控制算法与光源激励策略相结合,确定光电层合球壳系统的主动控制策略。进行主动振动控制仿真,得到球壳位移及控制光强响应曲线。仿真结果表明,在较低能量的控制光强下,光致伸缩作动器可实现对球壳的主动振动控制,且振动抑制效果明显。
     

高分多模卫星微振动抑制设计与验证

敏捷型遥感卫星在轨运行期间,星上控制力矩陀螺等扰动源会引起微振动,微振动传递到高分辨率相机等敏感载荷会影响载荷性能,进而影响卫星成像质量,因此需对传递到敏感载荷的微振动进行抑制,以保证卫星高分辨率指标的实现。以高分多模卫星(GFDM-1)的微振动抑制需求为背景,确定了整星微振动抑制技术路线与微振动抑制总体方案,开展了扰动源特性研究,完成了扰动源、星体结构和敏感载荷的减隔振设计与验证,并通过星载微振动测量设备对相机等关键位置的在轨微振动响应进行了测量,对卫星微振动抑制方案进行了飞行验证。在轨微振动测量数据表明:高分多模卫星微振动抑制方案可有效满足敏感载荷相机的微振动抑制需求,可为我国后续敏捷遥感卫星的微振动抑制设计与验证提供参考。     

带有振动抑制的压电结构动态形状主动控制

针对压电结构在动态形状主动控制过程中的振动抑制问题,以压电纤维复合材料作动器驱动的悬臂板为研究对象,建立了结构有限元模型,并给出了控制方程。由于不合理的作动器电压加载方式会导致结构的瞬态和残余振动,影响形状控制精度和系统稳定性;本文在静态形状控制基础上,提出电压加载时间历程的优化问题。结合有限差分法和二次规划算法对优化问题进行求解。最后,以悬臂板弯曲形状控制为例,对所提动态形状控制算法进行了校验;并与阶跃、斜坡等电压加载方式进行了对比。结果表明,利用优化后的电压加载时间历程,能够有效抑制结构的瞬态和残余振动,提高动态形状控制效果。     

高灵敏度空间光学载荷在轨微振动隔振系统设计与验证

卫星在轨飞行由于有动量轮等活动部件导致有微振动。一般载荷对微振动不敏感,但是高灵敏度的空间光学载荷,比如说亚米分辨率相机、时间调制干涉光谱仪等对微振动非常敏感。微振动会造成性能下降,甚至任务失败,因此微振动隔振系统设计是在轨高灵敏度载荷的关键技术之一。文章以某型号干涉仪为研究背景,系统研究了微振动对敏感载荷的影响、微振动振源的特性分析、微振动的隔振设计、地面试验验证等一系列问题。微振动对干涉仪敏感载荷影响的研究表明,干涉仪能够承受的加速度量级为1.0×10~(–2)g_n。采用考虑卫星传递影响的全链路仿真方法对卫星微振动振源的幅值进行了分析,结果表明干涉仪安装位置的微振动幅值为2.4×10~(–2)g_n,超过了其承受能力,需要采用隔振系统保证干涉仪在轨工作环境。进一步的扰振源扰振特性测试明确了微振动的频率,并以此为依据开展了隔振系统的设计;最终的地面微振动试验结果表明,隔振系统有效地保证了干涉仪的星上振动环境,从而验证了隔振系统设计的正确性和有效性。     

基于Hexapod的精密跟瞄平台研究

针对精密光学设备的空间应用,设计了基于并联机构的空间高稳定精密跟瞄系统。利 用所设计的宏／微双重驱动复合作动器和精密铰接元件,研制了精密跟瞄Hexapod平台原理 样机,考虑到精密跟瞄系统的特点,开发了包括宏动控制系统、微动控制系统和检测系统在 内的实验测试系统,并利用实验初步测试了Hexapod平台原理样机关键性能。由实验结果可 知,平台原理样机的转动范围超过10°,最高开环转动速度大于5 deg／s,经压电微动部 分补偿后的平台静态定位误差小于5 μrad,通过主动控制使扰动振幅衰减至噪声水平 ,可用于驱动有效载荷以较高的速度在较大范围内搜索目标并具有较好的静态定位精度和稳 定性。
     

柔性航天器高精度隔振与定向研究

随着大型航天器柔性越来越大,结构越加复杂,导致低频柔性模态密集,但同时需要极高的定向精度及姿态稳定度, 这就对航天器姿态控制系统提出了更高的要求。本文采用拉格朗日法建立了柔性航天器姿态轨道耦合动力学模型,并设计了大角度机动航天器的姿态控制器。Lyapunov定理给出闭环系统的稳定性,在0.03Nm均方根的白噪声扰动下,大角度机动姿态角误差小于0.02°,均方根误差0.003°, 为了抑制姿态抖振,设计了复合控制器,采用Stewart平台对敏感载荷局部高精度主动隔振和定向,局部控制后敏感载荷的定向误差小于0.0001°,均方根误差0.000036°。鲁棒 Η ∞ 控制器对Stewart平台主动镇定时,姿态抖振小于0.000002°,均方根误差小于 0.0000008° ,姿态稳定度优于0.00001°/s。     

空间智能桁架作动器/传感器位置优化中的遗传算法应用

研究了空间智能桁架振动控制中的作动器／传感器位置优化问题。在对作动器／传感器进行动力学建模的基础上，推导出整个空间桁架机电耦合作动方程和传感方程。基于作动效率和观测效率，提出了不依赖于控制方法的位置优化准则，采用遗传算法对作动器／传感器位置进行了优化。最后针对空间智能桁架进行了位置优化仿真和模糊振动控制仿真，仿真结果验证了遗传算法优化此类问题的优越性、可信性。