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《中国科学技术大学》 2017年
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智能空间刚架扰动抑制研究

赵慧  
【摘要】:随着空间光学技术的迅猛发展以及我国不断在空间探索上取得斐然的成绩,研究人员对于空间望远镜传递稳定影像的精度要求也越来越高。空间望远镜在太空中的运动会受到诸多扰动,尤以低频扰动最为明显,支撑刚架随之而产生低频振动,导致望远镜成像不稳定。此外,由于空间望远镜的主光路安装在支撑架上,支撑架的抗干扰能力将直接决定主光路的稳定。因此,本文针对空间望远镜的支撑刚架进行相关的扰动抑制研究,以期传递高精度影像。本文基于压电主动杆设计出智能空间望远镜支撑刚架结构,采用有限元方法和模态分析法建立了系统的动力学模型,进而得到相应的传递函数。由于空间刚架是一个高阶系统,采用模态截断的方法实现系统的模型降阶,以便于后续的分析和控制器的设计。为验证模态降阶的合理性和有效性,基于原系统频响数据采用矢量拟合辨识算法对降阶系统进行辨识研究,辨识出固有频率、阻尼比等模态参数并由此得到降阶系统的频响函数。仿真结果验证了矢量拟合辨识模态参数的准确性,并分别在频域和时域上验证了降阶模型的合理性和有效性。针对降阶系统模型采用自抗扰控制算法,将系统受到的未知扰动以及建模过程中的不确定性视为总扰动,实现对总扰动的实时估计和补偿。在仿真中对比控制前后节点的位移响应,以此说明了所提算法的有效性。为解决非线性状态误差反馈控制律中参数的整定问题,引入模糊控制算法实现参数的在线自整定,针对智能刚架系统设计出一种新型复合控制器,即模糊自抗扰控制器,它通过模糊逻辑推理自适应地实现参数的整定。进一步运用输入输出稳定性理论中的钝性定理得到闭环系统满足输入输出稳定的充分条件,仅通过考察模糊自抗扰控制器中非线性状态反馈控制律的增益参数便可以分析出系统的稳定性。对比普通自抗扰控制器进行仿真验证,所设计新型控制器一方面有效抑制系统所受到的扰动,另一方面快速客观地实现了参数自整定。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:V414

【参考文献】
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