全程模糊滑模变结构控制及其在整星主动隔振中的应用

摘要

随着航天、航空技术的飞速发展，航天器结构的复杂程度与航天要求不断提高，振动与控制问题变得越来越突出。“整星隔振”技术就是采用隔振器来隔离运载火箭传递到卫星上的振动载荷，改善卫星的动力学环境，增强卫星的生存能力。鉴于传统的被动隔振技术难以满足振动控制的整体要求，加之振动主动控制具有低频隔振效果好、自适应能力强等优点，使之成为振动控制领域的研究热点。
　　本文对全程模糊滑模变结构控制理论进行了深入的研究。针对滑模变结构控制在趋近模态阶段不具有鲁棒性这一缺点，在切换函数的设计中引入全程滑模因子，从而保证滑模变结构控制具有全局鲁棒性。针对滑模变结构控制固有的不利抖振，将滑模变结构控制与模糊控制相结合，通过模糊控制对滑模控制器中的相关参数进行实时调节，以达到既保持滑模变结构控制的强鲁棒性又有效抑制抖振的目的。此外，研究了线性不确定系统的全程滑模变结构控制，从理论上证明了当匹配条件成立时，全程滑模变结构控制系统的滑动模态对参数摄动及干扰具有不变性，并且确定了线性不确定系统的全程滑模变结构控制律。
　　本文还研究了全程模糊滑模变结构控制在整星主动隔振中应用问题。针对大多数振动系统状态变量不可测这一难题，设计基于全程滑模变结构控制的输出反馈控制器，证明了如此构造的控制器并不影响全程滑模变结构控制所具有的强鲁棒性。最后，考虑到整星隔振系统结构复杂，难以获得精确的数学模型，利用有限元软件对其进行模态分析，在此基础上，运用特征系统实现算法对系统进行参数辨识，并选择压电堆为作动器，完成基于全程模糊滑模变结构控制的整星隔振主动控制系统设计。仿真结果表明，所设计的控制器对隔振器的振动控制效果良好，对低频的振动抑制尤为明显，大大提高了系统的安全性与可靠性。

目录

全程模糊滑模变结构控制及其在整星主动隔振中的应用

FUZZY GLOBAL SLIDING MODE VARIABLE STRUCTURE CONTROL AND ITS APPLICATION FOR WHOLE-SPACECRAFT ACTIVE VIBRATION ISOLATION

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 整星隔振技术的研究现状

1.2.2 振动主动控制的研究现状

1.2.3 振动主动控制相关问题的研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 全程滑模变结构控制

2.1 引言

2.2 滑模变结构控制基本理论

2.2.1 滑模变结构控制的定义

2.2.2 滑模变结构控制的两个运动阶段

2.2.3 滑模变结构控制的到达条件

2.3 全程滑模变结构控制

2.3.1 全程滑模因子的设计

2.3.2 滑模参数矩阵的设计

2.3.3 全程滑模控制律的设计

2.4 全程滑动模态的稳定性分析

2.5 仿真算例

2.6 本章小结

第3章 全程滑模变结构控制系统品质分析

3.1 引言

3.2 模糊滑模变结构控制

3.2.1 模糊控制的基本原理

3.2.2 模糊趋近律控制原理

3.2.3 仿真算例

3.3 全程滑模变结构控制的鲁棒性分析

3.3.1 滑动模态在不确定条件下的不变性

3.3.2 线性不确定系统的全程滑模控制律

3.3.3 初始状态摄动时的全程滑模控制

3.3.4 仿真算例

3.4 本章小结

第4章 振动系统的全程滑模变结构控制

4.1 引言

4.2 全程滑模变结构控制系统设计

4.2.1 状态观测器

4.2.2 全程滑模变结构控制系统

4.3 悬臂梁振动主动控制

4.3.1 悬臂梁横向振动的动力学模型

4.3.2 悬臂梁的状态空间方程

4.3.3 作动器位置的优化配置

4.3.4 悬臂梁振动主动控制系统设计

4.3.5 悬臂梁振动主动控制实验

4.4 本章小结

第5章 整星隔振主动控制系统设计

5.1 引言

5.2 整星隔振系统的动力学模型

5.2.1 模型简介

5.2.2 有限元建模

5.3 特征系统实现算法

5.4 整星隔振主动控制系统设计

5.4.1 基于特征系统实现算法的参数辨识

5.4.2 整星隔振主动控制系统仿真

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致谢