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振动分散控制的解耦问题研究

尚洁  
【摘要】:随着航空事业的迅猛发展,大面积太阳能电池阵、大面积雷达天线等大型挠性结构在航天器上的使用越发广泛。由于航天器所处的特殊环境,这些结构难以避免产生振动,影响航天器正常运行,因此,航天器不仅要具有较高的姿态稳定度和指向精度,还要能快速抑制机动干扰引起的大型挠性结构振动。然而,传统控制方法都是集中控制,需要完整的信息,对于航天器上体积庞大、结构复杂的大型挠性结构而言,传统的“集中性”控制无法在航天器上实现。因此,研究分散化振动控制具有十分重要的意义和价值。分散振动控制试图回避传统控制理论的“集中性”,把一个大系统的控制问题分散为若干个子系统的输出和状态反馈问题。这样的做法有效降低了系统的规模和复杂性,在子系统上,传统的控制方法得以继续使用。但是,目前的分散振动控制方法,即使是最近研究的分布式振动控制方法,子系统之间也都具有耦合性,一个子系统受到控制发生的状态改变也会影响其他子系统的状态和控制,这使控制很难进行,且子系统间需要信息传递,而航天器对质量、传感器数量和安装位置具有严格要求,如果能解决子系统间的耦合性,势必能降低计算难度,减少传感器数量,同时,子系统间并行控制,也能提高振动系统的收敛速度,综上所述即为本文想实现的主要目的。本文介绍的分散振动控制的最终目的仍然是有效控制整个大系统的振动,使整个大系统渐进稳定,主要贡献有:1)沿着组成大系统的物理子系统的边界或按信息的相关程度,分别将基于物理坐标和模态坐标的振动控制系统分解成子系统,通过合理的分块、重新排序和组合,解决子系统间的状态耦合和控制耦合问题;2)对每个子系统施加动态补偿和局部状态反馈的控制方法,研究物理和模态参数下的子系统解耦,解决了信息结构受到约束不能获得所需全部信息的主要矛盾,并依据这些局部的、不完全的、不确切的信息去协调分散的控制器,以达到全局的控制目标;3)从基本振动模型入手,利用有限元软件ABAQUS、ANSYS等,得到所需模型参数,并通过MATLAB平台验证本文解耦的分散振动控制方法的正确性,与集中控制以及当前分布式振动控制方法进行对比分析;4)对卫星太阳能帆板振动控制系统进行建模与仿真,分别论证动态补偿及局部状态反馈下的解耦的分散振动控制方法的正确性和实用性。


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