空间柔性天线展开臂的半主动振动控制研究

发布时间：2021-10-21 07:17

　　大型柔性天线展开臂结构由于其尺寸大,阻尼和刚度小,其振动呈现明显的低频特性,且很难在短时间内迅速衰减,从而影响天线工作性能。传统的被动控制大都采用阻尼材料,通过增加阻尼的方法来进行控制,这种控制方法对低频柔性结构的控制效果是有限的。因此研究带负载的复合材料柔性展开臂结构的振动抑制问题,提出用压电元件粘贴在展开臂结构表面作为传感器和驱动器,用基于同步开关阻尼技术的自适应半主动振动控制方法控制压电驱动器,从而对展开臂结构实现振动控制。完成了展开臂模型的建立和仿真分析,建立了展开臂结构的开关阻尼半主动控制试验平台,设计并制作了控制电路,针对需要控制的结构一阶弯曲模态进行压电元件的合理布设。对不同激励下的振动进行了展开臂结构的控制试验,试验结果显示该方法对带负载柔性天线展开臂结构的振动具有良好的抑制效果,对于初始位移为100 mm的瞬态激励振动工况,受控系统等效阻尼比由0.6%增加至4.03%;对于稳态振幅为50 mm的稳态振动工况,系统控制后结构端部振动幅值降低至10 mm,稳态振动幅值降低了16.843 dB。在大型柔性结构中具有非常好的应用前景。 

【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

机电模型的示意图

电感同步开关阻尼技术SSDI是在压电元件的两极串联电感和开关，构成振荡控制电路，如图2所示，当结构振动的位移达到极值时闭合开关，此时电路发生振荡。当压电元件的电压实现翻转时，也即共振半个周期，迅速断开开关。通过控制开关的闭合与断开，使得压电元件上的电压所产生的控制力始终与结构运动的速度方向相反，即产生的作动力始终阻碍结构的振动，从而达到了振动控制的目的。1.3 基于外加电压源的同步开关阻尼技术SSDV

如图3所示，在压电元件回路中串联一个极性相反的电压源组，以此来补充由于开关网络消耗压电电容存储的那部分能量。由于外加电压源Vcc的作用，增加了压电元件上的电压，从而增强了控制阻尼效果。SSDV位移和电压曲线如图4所示，当压电元件的位移达到最大值时，使开关闭合，此时电路中的LC振荡器将发生谐振，当此谐振运动经历半个周期ti时，迅速断开开关，压电元件上的电压将发生翻转，在压电元件上的电压达到正极大值时，开关使压电元件上的电压翻转后再外加一个电源–Vcc，压电元件上的电压达到负极大值时，开关使压电元件上的电压翻转后再附加一个+Vcc。


本文编号：3448505