网结构振动传递特性与主动控制方法研究

摘要

航天器微振动是影响高精度遥感卫星指向精度和成像质量的重要因素。由于航天器力学环境极为复杂和特殊,而且振动微小、频带宽,使得分析与控制难度都很大。同时,太空使用环境对振动控制系统的复杂性、可靠性、稳定性等方面都有特殊而严格的要求。因此,太空环境下的振动控制需要考虑环境的特殊性,需要在地面减振技术的基础上研究和发展新型减振系统。本文提出基于平面网结构的主被动振动传递控制方法,利用轻质网结构的被动减振特性和主动减振高效、可控的特点,一方面适应空间环境的要求,一方面达到同时抑制宽带与窄带谱干扰的目的。论文建立了振源-网结构-边界支承的耦合振动模型,分析了系统的振动传递特性,并在网结构基础上进行自适应主动控制,进一步提高系统的隔振性能。论文通过理论分析和实验验证,揭示了网结构振动传递的机理与规律,为网结构隔振系统的进一步设计提供了理论基础和参考。主要内容具体包括:
　　第一章主要介绍隔振技术和耦合系统振动建模方法的研究现状。
　　第二章首先详细介绍了弦、梁和刚体振动分析的基本理论,然后运用子结构导纳综合法建立了网结构系统的振动模型,获得了垂直于网面的振动的频域方程,并通过有限元方法对建模结果进行了验证;对于边界梁,基于弦-梁的单向耦合假设,通过将动态张力沿垂直和水平方向分解得到其振动响应的完整描述。在此模型基础上,分析了网结构系统的振动传递特性。结果表明,网结构平台具有良好的被动隔振效果,而且其振动传递特性可通过弦的预紧力进行调节。
　　第三章介绍了惯性式电磁作动器的基本结构和工作原理,并对现有作动器进行了有限元建模和电磁分析。基于磁场强度分布以及线圈的受力分析,改进了作动器的机械结构和内部磁路,增大了线圈处的磁感强度,提高了作动器的输出力。
　　第四章研究了基于网结构的振动主动控制方法,首先介绍了自适应滤波方法— LMS算法,然后将其运用到网结构系统的振动控制。通过在刚体平台上施加控制力来降低网结构及其边界支承的振动,仿真结果表明,该方法可以较好地抑制网结构的振动传递,而且弦预紧力对控制效果有较大影响。
　　第五章通过实验研究了网结构的隔振性能和主动控制方法。实验采用激振器和力锤两种激励方式,分别得到网结构和刚体平台到边界支承的频响特性,以及刚体平台到边界支承的力传递衰减特性。测试结果表明,在较宽的频带内,网结构具有良好的隔振效果,在刚体平台的安装频率以上有较好的力衰减特性;此外,基于网结构的主动控制实验表明,自适应控制算法能够有效抑制边界的振动。
　　第六章对全文工作进行了总结,指出了论文的创新点、存在的问题以及下一步需要深入研究的工作。

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第一章 绪论

1.1研究的背景与意义

1.2隔振技术研究现状

1.3耦合振动建模方法研究现状

1.4振动主动控制技术研究现状

1.5论文主要内容

第二章 网结构耦合系统的理论建模与分析

2.1引言

2.2网结构耦合系统的横向振动建模

2.3网结构耦合系统的纵向振动建模

2.4网结构的传递特性分析

2.5本章小结

第三章 电磁作动器

3.1引言

3.2电磁作动器结构与原理

3.3电磁作动器的有限元建模与分析

3.4作动器输出力与频响测试

3.5本章小结

第四章 网结构耦合系统的主动控制

4.1引言

4.2自适应控制器

4.3网结构的主动控制

4.4数值仿真与分析

第五章 网结构隔振实验

5.1引言

5.2实验系统介绍

5.3网结构耦合系统振动传递实验

5.4主动控制的实验研究

5.5本章小结

第六章 总结和展望

6.1主要工作与结论

6.2主要创新

6.3研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文