【摘 要】
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随着人类对太空探测活动的增多,具有多种优点的柔性太阳翼成为了一个新的发展趋势。这种柔性太阳翼相比于刚性的航天器主体,具有跨度大、刚度低、阻尼小等特点,在航天器变轨调姿等工况下,会受瞬态冲击而产生难以自行衰减的振动,这种振动会影响太阳翼和航天器的精度,甚至造成航天器及搭载仪器的功能失效,因此对柔性太阳翼的振动控制进行研究十分的必要。本文以一种“梯子型”的柔性太阳翼支承结构为研究对象,利用粘贴在结构应
【基金项目】
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国家自然科学基金:基于啄木鸟啄击动态调节机理的星球仿生采样机器人研究(51775541);
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随着人类对太空探测活动的增多,具有多种优点的柔性太阳翼成为了一个新的发展趋势。这种柔性太阳翼相比于刚性的航天器主体,具有跨度大、刚度低、阻尼小等特点,在航天器变轨调姿等工况下,会受瞬态冲击而产生难以自行衰减的振动,这种振动会影响太阳翼和航天器的精度,甚至造成航天器及搭载仪器的功能失效,因此对柔性太阳翼的振动控制进行研究十分的必要。本文以一种“梯子型”的柔性太阳翼支承结构为研究对象,利用粘贴在结构应变最大处的压电传感器和压电作动器对支承结构进行振动控制。要对此结构进行振动控制,首先要对其进行结构分析,根据系统特性建立系统的动力学模型,再根据所得到的动力学模型设计控制器,对系统的振动进行控制,最后设计并搭建实验平台,通过实验结果,验证模型的准确性和算法的有效性。本文主要围绕柔性太阳翼支承结构在变轨调姿时受到瞬态冲击并难以快速衰减的问题进行振动控制研究,论文的主要研究内容包括:(1)首先查阅相关文献,总结国内外压电智能材料、柔性结构建模、主动控制算法的研究现状,在此基础上提出柔性太阳翼支承结构的振动主动控制方案。(2)对柔性支承结构进行有限元分析。用HyperMesh软件建立柔性支承结构的有限元模型,对其进行模态分析得到频率和振型,并对其进行频响分析得到频率响应曲线;根据分析结果得出支承结构的特性,并截取模型的主模态对模型进行简化。(3)对压电柔性支承结构系统进行动力学建模。根据压电原理推导压电传感器和压电传感器的数学模型,用Euler-Bernoulli梁模型对柔性支承结构模型进行变形描述,并利用Hamilton原理建立振动主动控制系统的动力学模型,最后通过对模型的时域和频域仿真验证模型准确性和分析系统特性。(4)利用压电柔性支承结构系统的动力学模型进行控制算法仿真。分别设计PD控制、主动阻尼控制、线性二次型最优控制以及鲁棒H∞控制四种控制算法进行振动控制仿真并对控制结果进行对比分析,并结合实际工况对四种控制器进行分析评价。(5)加工实验平台的机械结构,采购搭建实验的硬件方案,并设计基于数字微控制器的软件代码部分,从而完成压电柔性支承结构系统的实验平台。基于上述仿真设计的PID控制器和鲁棒H∞控制器,分别对柔性支承结构系统进行振动控制实验,通过实验结果对比,从而验证动力学模型的准确性和控制算法的有效性。
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