空间环形桁架可展开天线振动主动控制研究

摘要

航天结构在轨运行时，会受到各种形式的干扰，如航天器对接引起的冲击载荷和瞬态热变形冲击等，而航天结构本身质量轻、柔性大且阻尼小，当出现外界干扰时，航天结构极易出现长时间的大幅度低频振动，严重影响航天结构的工作性能。因此，研究航天结构的振动控制成为一个非常重要的课题。在此背景下，本文针对空间环形桁架可展开天线的振动主动控制开展研究，主要工作内容如下：
　　1.在ANSYS中建立空间环形桁架可展开天线有限元模型，并利用子结构技术对天线结构有限元模型进行简化，对比简化前后天线结构的固有频率；在此基础上，建立天线结构的状态空间方程。
　　2.基于空间模态H2、H?范数和可控/可观Gram矩阵的奇异值构造了三种致动器和传感器的位置优化方法，并依据这三种方法对空间环形桁架可展开天线致动器和传感器的位置进行优化。
　　3.基于二次型最优控制设计了空间环形桁架可展开天线的振动主动控制算法。首先，提出了一种试凑加权矩阵的方法，针对各阶模态设计控制算法，得到各阶模态对应的加权矩阵，整合成整体加权矩阵；然后，对天线结构进行模态截断，以低阶模态设计控制算法；最后，基于二次型最优控制算法对天线结构进行振动主动控制仿真。
　　4.二次型最优控制算法是以位移和速度为控制系统的反馈量，反馈量较多，在实际应用时很不方便。本文在天线结构状态空间方程的基础上进行矩阵变换，并利用状态估计的方法形成以加速度为反馈量的状态微分反馈控制算法；最后，针对天线结构设计状态微分反馈控制算法，抑制天线结构的振动。

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符号对照表

第一章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2振动控制理论概述

1.3结构致动器/传感器配置研究

1.4振动主动控制理论

1.5本文主要工作和章节安排

第二章 空间环形桁架可展开天线动力学建模

2.1引言

2.2空间环形桁架可展开天线的有限元建模

2.3子结构

2.4模态分析

2.5空间环形桁架可展开天线的状态空间方程

2.6小结

第三章 空间环形桁架可展开天线致动器与传感器优化布置

3.1引言

3.2基于H2和H∞范数的位置优化[43]

3.3基于可控/可观Gram矩阵奇异值的位置优化

3.4空间环形桁架可展开天线致动器/传感器优化布置

3.5小结

第四章 线性二次型最优控制算法

4.1引言

4.2二次型最优控制

4.3空间环形桁架可展开天线振动主动控制

4.4小结

第五章 状态微分反馈控制算法

5.1引言

5.2状态微分反馈控制算法

5.3空间环形桁架可展开天线振动主动控制

5.4小结

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

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