本文關(guān)鍵詞：采用壓電疊層作動器驅(qū)動的空間桁架振動主動控制

  更多相關(guān)文章： 空間桁架 位置優(yōu)化 遺傳算法 振動主動控制 最優(yōu)控制 H∞魯棒控制

【摘要】：大撓度空間桁架由于任務(wù)適應(yīng)性好、結(jié)構(gòu)可靠,在航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展,航天儀器和設(shè)備對穩(wěn)定性提出了更高的要求�？臻g桁架具有尺寸大、質(zhì)量輕、自身阻尼弱等特點,在外太空中受到擾動時易發(fā)生低頻、大幅度振動。如果不加以控制,振動很難衰減,會干擾航天器正常工作。壓電材料在振動控制領(lǐng)域的廣泛使用和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展為空間桁架振動主動控制提供了理論基礎(chǔ)。本文進行大撓度空間桁架振動主動控制研究。首先選取航天器結(jié)構(gòu)中典型對角矩形桁架為研究對象,進行合理簡化,在此基礎(chǔ)上運用有限元分析方法,對采用壓電疊層作動器的桁架結(jié)構(gòu)建立機電耦合動力學(xué)模型,對桁架模型進行模態(tài)截斷,分析計算桁架固有頻率和模態(tài)振型,將計算結(jié)果和運用ANSYS軟件計算結(jié)果作了比較。然后綜合系統(tǒng)的可控性可觀性準則、能量準則以及控制效率設(shè)計出基于可控/可觀gramian矩陣的作動器/傳感器位置優(yōu)化準則,采用遺傳算法對作動器和傳感器的位置進行優(yōu)化,并分析了壓電主動桿布置對空間桁架結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性的影響。最后采用線性二次型最優(yōu)控制理論,設(shè)計反饋控制器,并用simulink軟件對桁架受到瞬態(tài)激勵的振動控制進行數(shù)值仿真;采用混合靈敏度H∞魯棒控制理論對空間桁架進行主動控制,選取合適的權(quán)函數(shù),進行控制器設(shè)計。運用simulink軟件對系統(tǒng)受到瞬態(tài)激勵,穩(wěn)態(tài)激勵及基礎(chǔ)激勵的振動控制進行仿真。對比分析兩種控制方法的控制效果,總結(jié)兩種控制設(shè)計的優(yōu)劣。
【關(guān)鍵詞】：空間桁架 位置優(yōu)化 遺傳算法 振動主動控制 最優(yōu)控制 H∞魯棒控制
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V414
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 振動主動控制中作動器/傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 振動主動控制理論研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 作動器/傳感器優(yōu)化配置研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 本文研究內(nèi)容17-19
• 第二章 桁架動力學(xué)建模19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 模型分析19-20
• 2.3 桁架有限元建模20-24
• 2.3.1 桿單元建模20-23
• 2.3.2 集中質(zhì)量建模23
• 2.3.3 空間桁架動力學(xué)方程23-24
• 2.4 仿真24-31
• 2.4.1 空間桁架動力學(xué)仿真24-30
• 2.4.2 空間桁架受外界激勵響應(yīng)仿真30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-33
• 第三章 壓電疊層作動器建模33-41
• 3.1 引言33
• 3.2 壓電陶瓷的壓電方程33-34
• 3.3 壓電疊層作動器建模34-36
• 3.4 壓電主動桿建模36-39
• 3.5 壓電作動器參數(shù)39-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第四章 作動器/傳感器位置優(yōu)化41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 優(yōu)化準則41-44
• 4.2.1 作動器位置優(yōu)化41-43
• 4.2.2 傳感器位置優(yōu)化43-44
• 4.3 遺傳算法44-47
• 4.3.1 編碼與解碼45
• 4.3.2 求解適應(yīng)度函數(shù)45-46
• 4.3.3 選擇46
• 4.3.4 交叉46-47
• 4.3.5 變異47
• 4.4 優(yōu)化結(jié)果47-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 第五章 振動主動控制52-71
• 5.1 引言52
• 5.2 線性二次型最優(yōu)控制52-59
• 5.2.1 線性二次型最優(yōu)控制器設(shè)計52-54
• 5.2.2 LQR主動控制仿真54-56
• 5.2.3 作動器位置對控制效果的影響56-59
• 5.3 混合靈敏度H∞魯棒性控制59-69
• 5.3.1 混合靈敏度H∞魯棒性控制器設(shè)計59-62
• 5.3.2 混合靈敏度H∞魯棒性主動控制仿真62-69
• 5.4 控制方法對比69
• 5.5 本章小結(jié)69-71
• 第六章 總結(jié)和展望71-73
• 6.1 全文總結(jié)71
• 6.2 展望71-73
• 參考文獻73-76
• 致謝76-77
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文77

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本文編號：740634