采用压电叠层作动器驱动的空间桁架振动主动控制

发布时间：2017-08-26 08:20

  本文关键词：采用压电叠层作动器驱动的空间桁架振动主动控制

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【摘要】：大挠度空间桁架由于任务适应性好、结构可靠,在航天领域有着广泛的应用。随着技术的发展,航天仪器和设备对稳定性提出了更高的要求。空间桁架具有尺寸大、质量轻、自身阻尼弱等特点,在外太空中受到扰动时易发生低频、大幅度振动。如果不加以控制,振动很难衰减,会干扰航天器正常工作。压电材料在振动控制领域的广泛使用和现代控制理论的发展为空间桁架振动主动控制提供了理论基础。本文进行大挠度空间桁架振动主动控制研究。首先选取航天器结构中典型对角矩形桁架为研究对象,进行合理简化,在此基础上运用有限元分析方法,对采用压电叠层作动器的桁架结构建立机电耦合动力学模型,对桁架模型进行模态截断,分析计算桁架固有频率和模态振型,将计算结果和运用ANSYS软件计算结果作了比较。然后综合系统的可控性可观性准则、能量准则以及控制效率设计出基于可控/可观gramian矩阵的作动器/传感器位置优化准则,采用遗传算法对作动器和传感器的位置进行优化,并分析了压电主动杆布置对空间桁架结构动力学特性的影响。最后采用线性二次型最优控制理论,设计反馈控制器,并用simulink软件对桁架受到瞬态激励的振动控制进行数值仿真;采用混合灵敏度H∞鲁棒控制理论对空间桁架进行主动控制,选取合适的权函数,进行控制器设计。运用simulink软件对系统受到瞬态激励,稳态激励及基础激励的振动控制进行仿真。对比分析两种控制方法的控制效果,总结两种控制设计的优劣。
【关键词】：空间桁架 位置优化 遗传算法 振动主动控制 最优控制 H∞鲁棒控制
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V414
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 振动主动控制中作动器/传感器的发展现状12-14
• 1.2.2 振动主动控制理论研究现状14-16
• 1.2.3 作动器/传感器优化配置研究现状16-17
• 1.3 本文研究内容17-19
• 第二章 桁架动力学建模19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 模型分析19-20
• 2.3 桁架有限元建模20-24
• 2.3.1 杆单元建模20-23
• 2.3.2 集中质量建模23
• 2.3.3 空间桁架动力学方程23-24
• 2.4 仿真24-31
• 2.4.1 空间桁架动力学仿真24-30
• 2.4.2 空间桁架受外界激励响应仿真30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第三章 压电叠层作动器建模33-41
• 3.1 引言33
• 3.2 压电陶瓷的压电方程33-34
• 3.3 压电叠层作动器建模34-36
• 3.4 压电主动杆建模36-39
• 3.5 压电作动器参数39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第四章 作动器/传感器位置优化41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 优化准则41-44
• 4.2.1 作动器位置优化41-43
• 4.2.2 传感器位置优化43-44
• 4.3 遗传算法44-47
• 4.3.1 编码与解码45
• 4.3.2 求解适应度函数45-46
• 4.3.3 选择46
• 4.3.4 交叉46-47
• 4.3.5 变异47
• 4.4 优化结果47-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第五章 振动主动控制52-71
• 5.1 引言52
• 5.2 线性二次型最优控制52-59
• 5.2.1 线性二次型最优控制器设计52-54
• 5.2.2 LQR主动控制仿真54-56
• 5.2.3 作动器位置对控制效果的影响56-59
• 5.3 混合灵敏度H∞鲁棒性控制59-69
• 5.3.1 混合灵敏度H∞鲁棒性控制器设计59-62
• 5.3.2 混合灵敏度H∞鲁棒性主动控制仿真62-69
• 5.4 控制方法对比69
• 5.5 本章小结69-71
• 第六章 总结和展望71-73
• 6.1 全文总结71
• 6.2 展望71-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文77

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本文编号：740634