空間薄膜結(jié)構(gòu)高收納比、高功質(zhì)比的特點(diǎn),很好地解決了入軌前載荷艙尺寸限制問(wèn)題,同時(shí)得益于發(fā)射成本和應(yīng)用功能等方面的巨大優(yōu)勢(shì),薄膜結(jié)構(gòu)在反射天線、太陽(yáng)能電站、太陽(yáng)帆等航天器中具有極大的應(yīng)用潛力。而薄膜由于自身抗彎剛度小,阻尼低的結(jié)構(gòu)特性,在姿態(tài)調(diào)整或遭受環(huán)境擾動(dòng)時(shí)容易引起薄膜結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間的低頻振動(dòng),對(duì)其長(zhǎng)期在軌運(yùn)行的可靠性造成影響。為了避免上述問(wèn)題,有必要對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制展開(kāi)研究。本文根據(jù)壓電材料機(jī)電耦合特性,結(jié)合有限元方法推導(dǎo)四節(jié)點(diǎn)矩形壓電單元,并建立了含PVDF壓電材料矩形薄膜的動(dòng)力學(xué)方程。通過(guò)引入模態(tài)坐標(biāo)對(duì)模型降階,進(jìn)而得到結(jié)構(gòu)降階后的狀態(tài)空間模型。在此基礎(chǔ)上,考慮了受控模態(tài)與剩余模態(tài)影響,基于可控性Gramian矩陣構(gòu)建PVDF致動(dòng)器位置優(yōu)化準(zhǔn)則。以四邊固支的矩形預(yù)應(yīng)力薄膜為對(duì)象,采用了粒子群優(yōu)化算法對(duì)不同優(yōu)化參數(shù)下致動(dòng)器位置進(jìn)行了優(yōu)化。隨后考慮模型噪聲,根據(jù)最優(yōu)二次型控制理論,結(jié)合Kalman濾波設(shè)計(jì)模型的控制和狀態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)。借助Simulink搭建控制仿真平臺(tái)并進(jìn)行控制仿真。結(jié)果表明,在多種激勵(lì)條件下的矩形薄膜振動(dòng)均得到有效抑制,相比于無(wú)控狀態(tài)控制效果顯著。另外,通過(guò)致動(dòng)器位...

【文章頁(yè)數(shù)】：67 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 空間薄膜結(jié)構(gòu)發(fā)展與應(yīng)用
        1.2.2 振動(dòng)控制國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.3 薄膜結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性及主動(dòng)控制研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容
2 PVDF壓電材料與薄膜結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模
    2.1 壓電材料的性質(zhì)
        2.1.1 壓電效應(yīng)
        2.1.2 壓電材料的力學(xué)性質(zhì)與介電性質(zhì)
        2.1.3 四類壓電方程
    2.2 PVDF壓電耦合單元分析
    2.3 PVDF單元的動(dòng)力學(xué)方程
    2.4 整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程與狀態(tài)空間模型
    2.5 本章小結(jié)
3 PVDF壓電致動(dòng)器位置優(yōu)化
    3.1 PVDF致動(dòng)器位置優(yōu)化準(zhǔn)則
    3.2 基于粒子群算法的致動(dòng)器位置優(yōu)化
        3.2.1 粒子群算法基本原理
        3.2.2 算法步驟與參數(shù)設(shè)置
    3.3 預(yù)應(yīng)力薄膜模態(tài)分析
    3.4 PVDF位置優(yōu)化算例分析
        3.4.1 僅考慮單階模態(tài)的位置優(yōu)化
        3.4.2 考慮多階模態(tài)的位置優(yōu)化
    3.5 本章小結(jié)
4 基于PVDF壓電材料的薄膜振動(dòng)主動(dòng)控制
    4.1 控制器與狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)
        4.1.1 線性二次型最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)
        4.1.2 狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)
    4.2 振動(dòng)控制仿真
    4.3 優(yōu)化位置控制效果對(duì)比分析
    4.4 本章小結(jié)
5 太陽(yáng)帆薄膜結(jié)構(gòu)主動(dòng)張拉控制
    5.1 太陽(yáng)帆薄膜結(jié)構(gòu)有限元分析
        5.1.1 結(jié)構(gòu)連接方式和基本構(gòu)型
        5.1.2 預(yù)應(yīng)力導(dǎo)入與模態(tài)分析
    5.2 多點(diǎn)連接模型的主動(dòng)張拉控制仿真
        5.2.1 控制器設(shè)計(jì)
        5.2.2 仿真結(jié)果分析
    5.3 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝



本文編號(hào)：3825243