一种利用柔性部件根部转动的振动抑制方法

摘要

本发明公开了一种利用柔性部件根部转动的振动抑制方法，在不需要大量增加系统复杂性的情况下，能够柔性部件快速振动抑制。首先根据卫星质量参数，以及柔性部件模态分析结果，建立带有柔性转动部件的卫星动力学模型。接下来柔性部件根部通过转动角加速度抑制挠性振动，反馈部件本身转动角度与角速度，避免柔性部件根部转动角度与角速度过大。最后在卫星本体姿态控制中，对柔性部件根部运动产生的扰动进行补偿，保证卫星本体高精度控制。本发明提出的方法能够实现柔性部件低阶振动的快速抑制，同时柔性部件根部转动运动收敛，避免对部件指向产生影响。并且对柔性部件根部转动引起的附加干扰进行补偿，减少对卫星本体控制的影响。

说明书

技术领域

本发明属于航天器控制技术领域，具体涉及一种振动抑制方法。

背景技术

近年来，航天器的结构正朝着大型化、低刚度与柔性化的方向发展。卫星上的柔性部件由于结构刚度低、模态频率密集的特性，在轨运行过程中将受到各种扰动，引起结构振动。长时间振动将降低卫星的姿态稳定度和指向精度，影响卫星的性能和成像质量，需要对卫星柔性部件实施主动振动控制，快速抑制结构振动。

目前常用的柔性部件主动振动控制方法包括将压电元件配置在柔性结构中进行振动控制，以及在柔性部件根部用Stewart平台进行振动控制等。文献“罗波，李伟鹏，黄海，基于Stewart平台的大柔性空间桁架结构振动控制[J]，振动与冲击，2012,31(23)：148-153”采用六杆并联平台固连在柔性桁架根部作为主动设备进行振动控制。该方法需要在柔性部件根部增加六杆并联平台，对系统改变较大。并且控制律设计中未对平台本身运动进行反馈，可能需要柔性部件根部进行较大范围的运动，影响柔性部件的指向。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种利用柔性部件根部转动的振动抑制方法，在不需要大量增加系统复杂性的情况下，能够柔性部件快速振动抑制。首先根据卫星质量参数，以及柔性部件模态分析结果，建立带有柔性转动部件的卫星动力学模型。接下来柔性部件根部通过转动角加速度抑制挠性振动，反馈部件本身转动角度与角速度，避免柔性部件根部转动角度与角速度过大。最后在卫星本体姿态控制中，对柔性部件根部运动产生的扰动进行补偿，保证卫星本体高精度控制。本发明提出的方法能够实现柔性部件低阶振动的快速抑制，同时柔性部件根部转动运动收敛，避免对部件指向产生影响。并且对柔性部件根部转动引起的附加干扰进行补偿，减少对卫星本体控制的影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1：建立带有柔性转动部件的卫星动力学模型，如式(1)：

其中，I

步骤2：柔性部件根部转动控制计算，控制律如式(2)：

其中，K

步骤3：卫星本体控制补偿计算，加入补偿力矩的本体控制律如下：

其中，K

步骤4：通过以上步骤1到步骤3实现卫星柔性部件主动振动控制。

由于采用了本发明提出的一种利用柔性部件根部转动的振动抑制方法，带来了如下有益效果：

1、柔性部件多通过驱动装置与卫星本体相连，可以绕根部驱动轴运动。本发明利用柔性部件根部转动运动进行振动控制，实现柔性部件低频振动的快速抑制，并且对根部转动运动进行反馈控制，限制根部转动对部件指向的影响。

2、对柔性部件根部转动产生的扰动进行主动补偿，减少对卫星本体的扰动。

附图说明

图1为本发明实施例卫星姿态角速度曲线。

图2为本发明实施例柔性部件模态坐标曲线。

图3为本发明实施例柔性部件根部转动角加速度曲线。

图4为本发明实施例柔性部件根部转动角度曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明提供一种利用柔性部件根部转动的振动抑制方法，包括以下步骤：

步骤1：根据卫星质量参数，以及柔性部件模态分析结果，建立带有柔性转动部件的卫星动力学模型，如式(1)：

其中，I

步骤2：柔性部件根部转动控制计算；

柔性部件根部通过转动角加速度抑制挠性振动，反馈柔性部件振动模态坐标的一阶导数，实现增加振动阻尼的作用。并且反馈部件本身转动角度与角速度，避免柔性部件根部转动角度与角速度过大。控制律如式(2)：

其中，K

步骤3：卫星本体控制补偿计算；

柔性部件根部运动对本体产生扰动，计算扰动力矩进行补偿。如本体姿态采用PD控制，加入补偿力矩的本体控制律如下：

其中，K

步骤4：通过以上步骤1到步骤3实现卫星柔性部件主动振动控制。

具体实施例：

本实施例为带有一个柔性部件的卫星。柔性部件相对卫星连接根部可进行三维转动。

1、带有柔性转动部件的卫星动力学模型建立。

本实施例中，柔性部件振动模型取前5阶，建立卫星模型参数如下：

Ω

ζ＝diag{0.005 0.005 0.005 0.005 0.005}。

计算中，卫星初始姿态角均为零，初始角速度为零，柔性部件振动2阶模态坐标初始值为0.1，第2阶至第5阶模态坐标初始值为零。模拟柔性部件有初始振动位移的情况。

2、柔性部件根部转动控制计算。

柔性部件根部转动加速度按

K

K

3、卫星本体控制补偿计算。

卫星本体控制力矩按

K

施加柔性部件根部转动控制与卫星本体控制后，卫星本体姿态角速度如图1，姿态角速度快速收敛，三轴角速度约20s控制到0.001度/秒以内；柔性部件振动模态坐标如图2，柔性部件振动得到快速抑制，模态坐标约40s控制到0.001以内；柔性部件根部转动角加速度如图3，控制过程中柔性部件根部角加速度较小即可实现振动抑制；柔性部件根部转动角度如图4，控制过程中柔性部件根部转动角度保持在0.1度以内，并且振动收敛后转动角度回零，不影响部件的正常指向。