本文關(guān)鍵詞：空間望遠(yuǎn)鏡分布式壓電振動抑制技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 空間望遠(yuǎn)鏡 主動減振 壓電片 模態(tài)應(yīng)變能 特征模型 參數(shù)辨識 智能控制 滑�？刂�

【摘要】：隨著人類加快對太空的探索研究步伐,對空間望遠(yuǎn)鏡穩(wěn)像精度要求也變得越來越高。由于太空環(huán)境中存在諸多復(fù)雜的因素,空間望遠(yuǎn)鏡要實現(xiàn)高精度穩(wěn)像是非常困難的。這些影響因素中,振動對穩(wěn)像精度的影響尤為突出。為了提高穩(wěn)像精度,有必要對空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行減振。對于空間望遠(yuǎn)鏡減振,國外已發(fā)射的Hubble望遠(yuǎn)鏡以及即將發(fā)射的JWST空間望遠(yuǎn)鏡主要以隔振為主。但是由于被動隔振器隔振性能有限,對低頻振動無能為力。因而為了進(jìn)一步提高穩(wěn)像精度,有必要考慮主動減振技術(shù)。并且NASA規(guī)劃的下一代空間望遠(yuǎn)鏡ATLAS T也采用了主動減振技術(shù)。對此,本文針對空間望遠(yuǎn)鏡支撐架,對其進(jìn)行分布式壓電主動控制技術(shù)研究。 首先文中設(shè)計空間望遠(yuǎn)鏡支撐架樣機(jī)基本結(jié)構(gòu),給出節(jié)點和單元標(biāo)號。根據(jù)有限元相關(guān)知識,分析得出整體剛度矩陣、質(zhì)量矩陣以及力矢量。為了消除剛度矩陣的奇異性,需要添加邊界約束條件。為了降低系統(tǒng)維數(shù),采用模態(tài)截斷法建立模態(tài)動力學(xué)方程,為仿真分析奠定基礎(chǔ)。 研究了空間望遠(yuǎn)鏡支撐架在脈沖激勵、階躍激勵以及簡諧激勵下的時域響應(yīng)特性,推導(dǎo)出時域響應(yīng)表達(dá)式和頻響函數(shù)表達(dá)式。同時在MATLAB中編寫程序?qū)崿F(xiàn)支撐架的時域響應(yīng)和頻域響應(yīng),并利用形函數(shù)可得到兩節(jié)點間任意位置的位移。最后,利用模態(tài)應(yīng)變能和最大振幅思想來優(yōu)化得出表貼壓電片的位置。 為了得到一個簡單準(zhǔn)確的模型,根據(jù)空間望遠(yuǎn)鏡支撐架動力學(xué)方程,推導(dǎo)給出了支撐架的特征模型表達(dá)式。由于特征參數(shù)的重要性,繼而研究給出了特征參數(shù)的特點,為在特征參數(shù)辨識時確定特征參數(shù)初值提供依據(jù)。本文在先后研究了常見的幾種參數(shù)辨識方法后,選擇改進(jìn)的多信息濾波增廣隨機(jī)梯度法進(jìn)行特征參數(shù)辨識。仿真結(jié)果驗證了特征模型的準(zhǔn)確性以及多信息濾波增廣隨機(jī)梯度法的有效性。 在特征模型基礎(chǔ)上,設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、跟蹤性能好以及魯棒性強的控制器就顯得非常重要。首先設(shè)計了基于特征模型的智能自適應(yīng)控制器,并且為了降低調(diào)參復(fù)雜度,利用廣義最小方差原理對控制器參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。其次,考慮到空間環(huán)境中存在不確定干擾,因而有必要設(shè)計研究基于特征模型的滑模自適應(yīng)控制器。文中從滑模趨近律角度設(shè)計了兩種滑�？刂破�,且利用韓式函數(shù)替代了符號函數(shù),進(jìn)一步削弱滑模抖振。控制仿真說明了三種控制器的有效性,對比亦可說明其調(diào)參難度以及魯棒性強弱。 最后,基于空間支撐架實驗平臺做分布式壓電振動控制實驗。實驗結(jié)果表明對于剛度較大的空間支撐架,壓電片仍然具有較好的減振效果。因而可在與望遠(yuǎn)鏡敏感器件相連的區(qū)域表貼一定數(shù)量的壓電片,實現(xiàn)局部區(qū)域減振,從而提高空間望遠(yuǎn)鏡探測精度。
【關(guān)鍵詞】：空間望遠(yuǎn)鏡 主動減振 壓電片 模態(tài)應(yīng)變能 特征模型 參數(shù)辨識 智能控制 滑�？刂�
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH751;TB535
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-11
• 表格11-12
• 插圖12-16
• 第1章 引言16-22
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 國內(nèi)外空間支撐架振動主動控制研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.1 空間支撐架動力學(xué)建模研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.2 振動主動控制中作動器以及傳感器發(fā)展現(xiàn)狀18-19
• 1.2.3 振動主動控制中作動器以及傳感器位置優(yōu)化研究現(xiàn)狀19
• 1.2.4 振動主動控制策略研究現(xiàn)狀19
• 1.3 論文主要內(nèi)容19-22
• 第2章 動力學(xué)建模22-34
• 2.1 空間望遠(yuǎn)鏡支撐架22-23
• 2.2 空間望遠(yuǎn)鏡支撐架動力學(xué)建模23-32
• 2.2.1 三維梁單元建模23-27
• 2.2.2 壓電梁單元建模27-30
• 2.2.3 空間剛架建模30-32
• 2.3 本章小結(jié)32-34
• 第3章 振動特性分析以及壓電片位置優(yōu)化34-50
• 3.1 支撐架的動力學(xué)響應(yīng)34-36
• 3.2 支撐架頻響分析36-37
• 3.3 支撐架振動特性分析37-44
• 3.4 壓電片位置優(yōu)化44-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第4章 特征建模及特征參數(shù)辨識50-64
• 4.1 空間望遠(yuǎn)鏡支撐架特征建模50-53
• 4.2 特征參數(shù)特點及其辨識方法研究53-58
• 4.2.1 特征參數(shù)特點54-55
• 4.2.2 特征參數(shù)辨識55-58
• 4.3 特征模型驗證58-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 第5章 基于特征模型的控制器設(shè)計64-86
• 5.1 基于特征模型的黃金分割自適應(yīng)控制器設(shè)計64-69
• 5.2 基于特征模型的滑模控制器設(shè)計69-76
• 5.3 望遠(yuǎn)鏡支撐架仿真算例76-84
• 5.3.1 激勵下支撐架控制性能仿真76-82
• 5.3.2 帶擾動激勵下支撐架控制性能仿真82-84
• 5.4 本章小結(jié)84-86
• 第6章 壓電減振實驗86-96
• 6.1 實驗平臺及設(shè)備介紹86-87
• 6.2 空間剛架激勵響應(yīng)87-88
• 6.3 空間剛架分布式壓電減振實驗88-94
• 6.3.1 PZT3和PZT4同位配置88-92
• 6.3.2 PZT1和PZT2、PZT3和PZT4、PZT7和PZT8同位配置92-94
• 6.4 本章小結(jié)94-96
• 第7章 總結(jié)與展望96-98
• 7.1 論文主要工作和貢獻(xiàn)96-97
• 7.2 前景展望97-98
• 參考文獻(xiàn)98-102
• 致謝102-104
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動及研究成果104

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：637104