本文關(guān)鍵詞：基于精細(xì)積分法的大型空間撓性結(jié)構(gòu)的振動控制研究

  更多相關(guān)文章： 振動控制 分散控制 LQ最優(yōu)控制 特征值控制法 精細(xì)積分法

【摘要】：空間桁架結(jié)構(gòu)和板結(jié)構(gòu)是航天工程中重要的結(jié)構(gòu)形式,以其結(jié)構(gòu)簡單、可折疊展開的優(yōu)勢得到了越來越多的關(guān)注。然而由于自身結(jié)構(gòu)大尺寸、弱阻尼的特性,這種結(jié)構(gòu)在受到撞擊后將不可避免的產(chǎn)生長時間、大幅度的振動,這對結(jié)構(gòu)的正常工作是極為不利的,因此需要引入控制技術(shù)來抑制這種振動。本文采用精細(xì)積分法求解動力學(xué)微分方程的時域解,因此仿真計算的求解精度和速度很高；以離散后的代數(shù)遞推方程為基礎(chǔ),結(jié)合分散控制理論,改進了LQ (Linear Quadratic)最優(yōu)線性控制力的求解方法；同時在離散后的代數(shù)的基礎(chǔ)上,提出了一種新的控制方法——特征值控制法,并論證了其與LQ最優(yōu)控制法之間的關(guān)系；最后針對實際空間撓性結(jié)構(gòu)分別施加兩種控制方法,對其控制效果進行了對比研究。本文圍繞撓性空間結(jié)構(gòu)的振動控制問題展開研究,主要工作包括：(1)選取常見的T字形桁架結(jié)構(gòu)和板結(jié)構(gòu)作為研究對象,首先應(yīng)用有限單元法建立簡化的數(shù)學(xué)模型,進而建立動力學(xué)模型。(2)在結(jié)構(gòu)的某一結(jié)點施加一個瞬態(tài)沖擊力,采用精細(xì)積分法求解動力學(xué)模型的位移響應(yīng)及系統(tǒng)總能量的變化曲線,并得到其離散時間模型。(3)改進了傳統(tǒng)LQ最優(yōu)控制力的求解方法：考慮到模型的維數(shù)很大,引入分散控制理論,將模型分為若干子塊再進行結(jié)點控制力的求解；結(jié)合極點配置方法,根據(jù)離散處理后的代數(shù)遞推方程求解LQ最優(yōu)控制力。(4)提出了一種新的控制方法——特征值控制法：該方法也是針對經(jīng)過離散處理后的代數(shù)方程進行控制力求解。其控制效果等同于LQ最優(yōu)控制法中,要求每步的位移和速度響應(yīng)最小。進而從理論和數(shù)值仿真兩個方面證明了兩種方法的關(guān)系。這種方法不需要求解Riccati方程,因此計算效率很高。(5)分別對桁架結(jié)構(gòu)和板結(jié)構(gòu)施加上述兩種控制方法,對比控制效果。為減少安裝在結(jié)構(gòu)上的作動器數(shù)目,采用遺傳算法對作動器的數(shù)目和安裝位置進行了優(yōu)化。關(guān)于撓性結(jié)構(gòu)振動控制的研究是一個綜合性的課題,許多方面還需要進行進一步深入的探討。因此在論文的最后,對本文的研究工作和成果進行了全面總結(jié),對未來的研究問題進行了展望。
【關(guān)鍵詞】：振動控制 分散控制 LQ最優(yōu)控制 特征值控制法 精細(xì)積分法
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V414;TB535
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 選題背景與意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.3 本文主要研究工作15-16
• 2 建立動力學(xué)模型16-21
• 2.1 空間桁架結(jié)構(gòu)建模17-19
• 2.2 板結(jié)構(gòu)建模19-20
• 2.3 本章小結(jié)20-21
• 3 求解動力學(xué)響應(yīng)21-27
• 3.1 精細(xì)積分法求解動力學(xué)方程21-24
• 3.2 算例對比24-26
• 3.2.1 理論解24-25
• 3.2.2 精細(xì)積分法求解25-26
• 3.3 本章小結(jié)26-27
• 4 求解控制力27-43
• 4.1 基于LQ最優(yōu)控制的控制力求解28-31
• 4.2 特征值控制法31-32
• 4.3 兩種控制方法的關(guān)系32-35
• 4.3.1 離散系統(tǒng)的Riccati方程32-33
• 4.3.2 兩種控制方法的關(guān)系33-35
• 4.4 算例仿真35-42
• 4.4.1 LQ最優(yōu)控制法求解37-38
• 4.4.2 特征值控制法求解38-39
• 4.4.3 進一步對比39-41
• 4.4.4 關(guān)于兩種控制方法關(guān)系的驗證41-42
• 4.5 本章小結(jié)42-43
• 5 桁架結(jié)構(gòu)的控制效果對比43-51
• 5.1 桁架結(jié)構(gòu)的自由振動響應(yīng)43-44
• 5.2 對結(jié)構(gòu)施加LQ最優(yōu)控制44-47
• 5.3 對結(jié)構(gòu)施加特征值控制47-48
• 5.4 作動桿數(shù)量與位置的優(yōu)化48-50
• 5.5 本章小結(jié)50-51
• 6 板結(jié)構(gòu)的控制效果對比51-62
• 6.1 板結(jié)構(gòu)的自由振動響應(yīng)51-52
• 6.2 對結(jié)構(gòu)施加LQ最優(yōu)控制52-54
• 6.3 對結(jié)構(gòu)施加特征值控制54-56
• 6.4 作動子板數(shù)量與位置的優(yōu)化56-61
• 6.4.1 作動器的具體形式56-57
• 6.4.2 作動子板數(shù)量與位置的優(yōu)化57-59
• 6.4.3 不考慮作動器的具體形式59-61
• 6.5 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-63
• 參考文獻63-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況66-67
• 致謝67-68

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 蔡志勤,顧元憲,鐘萬勰;一類非線性周期系統(tǒng)響應(yīng)的精細(xì)積分法[J];力學(xué)季刊;2000年02期

2 李東旭;劉望;蔣建平;;空間桁架結(jié)構(gòu)采用黏彈性阻尼的振動控制技術(shù)[J];噪聲與振動控制;2011年04期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 曾光;基于模糊邏輯的大型撓性空間桁架振動控制研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

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本文編號：817117