| 题名 | 桁架结构振动主动控制 |
| 作者 | 马志刚 |
| 答辩日期 | 2005-05-09 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 王建宇 |
| 关键词 | 桁架结构 振动主动控制 溢出 参数摄动 Μ综合 时滞补偿 |
| 学位专业 | 电路与系统 |
| 英文摘要 | 桁架结构在航空航天及工业的各个领域都有广泛的应用和重要的意义，其显著特点是模态密集、模态耦合程度高和结构阻尼微小。这种固有的低阻尼特性及外太空几乎无空气阻尼的环境，使得桁架结构由于某种因素而激发起来的振动难以在短时期内迅速衰减，这种长时间的振动容易造成桁架结构的疲劳破坏、寿命缩短，甚至会造成飞行器等仪器设备无法正常工作。本文以此为背景，以迅速抑制桁架结构的振动为目的，针对一个抛物面桁架结构天线物理实验系统，主要进行了以下几个方面的研究工作：高速多路数据采集系统的设计；桁架天线的理论建模和模型降阶；在控制律设计中解决桁架结构振动主动控制中的溢出问题和参数摄动问题；对桁架结构振动主动控制中的时滞进行补偿；对所得各种控制器进行仿真实验等。振动主动控制的方案不仅要有理论和数值仿真的支持，更要能够在实验上面得到验证。本文以压电陶瓷柱构成主动杆件，结合一个金属杆抛物面桁架天线形成智能桁架结构，通过数据采集系统、上位PC机和主动杆驱动电路形成控制回路，构建了桁架结构振动主动控制的物理实验系统。目的是以桁架结构为实验对象，研究适合桁架结构的建模方法和控制律设计方案。本文在抛物面桁架天线物理实验系统的基础上，采用有限元法建立了桁架天线的较为精细的数学模型，并采用模态集结法对高阶模型成功的进行了模型降阶处理，为设计可实用的控制律做好了准备。在经典的控制器设计中，往往都是假定所得数学模型是准确的，但是在实际的桁架结构振动控制中，无论是通过理论建模还是实验辨识建模得到的数学模型，都必然存在各种建模误差，称之为模型不确定性。在此情况下如果采用经典的控制器设计方法，就很可能得不到理想的控制效果，甚至带来严重的问题。本文针对桁架天线的降阶模型，采用经典的线性二次型最优调节器（LQR）对桁架天线进行了一系列仿真实验，通过对仿真实验的分析，指出该方法不适用于存在多个不确定性源的桁架结构振动主动控制。 为了解决桁架结构振动主动控制中的不确定性问题，本文从鲁棒控制的角度，先采用常规的 鲁棒控制器设计方法——混合灵敏度法设计控制器，通过仿真实验发现这种方法应用于桁架结构振动主动控制时具有过大的保守性。然后通过把桁架结构的数学模型转化到模态空间，完成了残余子系统摄动和受控子系统参数摄动的不确定性分析。随后采用可以计入不确定性块结构特征的 综合鲁棒控制器设计方法，在深入分析和理解了几个不确定性源的物理来源基础上，构造了一个增广控制对象，并隔离出所有的不确定块，最后通过D-K迭代算法最小化增广控制对象的结构奇异值 ，从而获得最终的 控制器。通过人为加入参数摄动的桁架结构振动抑制仿真实验，与LQR控制器进行控制效果对比，验证了该方法设计出的控制器具有很好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。 桁架结构振动主动控制中的另一难题是时滞问题。本文采用状态预估法实现了对单步时滞的补偿；采用状态增广法实现了对任意小时滞的补偿。并在仿真实验中验证了时滞补偿的效果。开展大型空间桁架结构的振动控制研究，是发展我国航空航天事业过程中一个重要的研究课题。希望本文的工作能对这一领域的研究贡献一份微薄之力。 |
| 学科主题 | 红外系统与元部件 |
| 公开日期 | 2012-07-11 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/4366]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 马志刚. 桁架结构振动主动控制[D]. 中国科学院研究生院. 2005. |
| 个性服务 |
| 查看访问统计 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
修改评论