[发明专利]一种超长柔性结构主动抑振控制方法

说明书

本发明公开一种超长柔性结构的主动抑振控制方法。首先根据有限元离散方法建立了超长尺度柔性结构的动力学模型，利用Newmark方法求解索力作用下的模型的动态响应，求解结果速度，位移与索力作为反馈量输入到基于模糊控制的控制器，实现索力输出控制，进而在短时间内减弱或消除该柔性结构的振动。控制器采用位置与扭矩双层控制，弥补了单一扭矩控制下存在的失稳和拉力超调问题。本发明有效解决了超长尺度柔性结构的振动抑制问题，适用于卫星展翼等超长柔性结构的主动抑振。

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及柔性结构的抑振控制，特别涉及一种超长柔性结构主动抑振控制方法。

背景技术

随着航天技术的发展，各种各样的卫星如侦察卫星、气象卫星和通讯卫星等逐渐成为空间环境探测的主体，大型柔性结构件也因此得到了广泛应用。针对特殊用途，有的卫星单侧展翼长度可达100m，广泛采用各种柔性桁架结构支撑有效载荷。携带柔性伸杆机构的航天器工作于真空、微重力状态，受外部扰动或本体机动，极易产生振动，严重影响其指向精度和空间姿态稳定性。

被动与主动抑振是常用的两种柔性结构振动抑制的方法。被动抑振方法主要通过改变结构的形状、利用形状记忆合金以及粘贴阻尼片等方式增加控制对象的局部刚度和局部阻尼，但被动抑振的系统参数是固定不变的，对于高频段的振动具有较好的抑制效果，但对柔性结构的低频振动抑制效果不明显。主动抑振基于反馈原理控制，具有良好的灵活性和适应性，但主动抑振实施难度较大，压电陶瓷与压电纤维复合材料是常用的主动抑振作动器，但在超长尺度的柔性结构上的安装复杂，且其工作频率范围也远大于柔性结构的振动频率，电场激励力的应变为微应变，相应的作用力也较小。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，减弱或消除上述超长柔性结构的振动，本发明的目的在于提供一种超长柔性结构主动抑振控制方法，将主动抑振与被动抑振方法相结合，索并联机构的柔索在初始状态下保持张紧增加了柔性结构的局部刚度，实现被动抑振，基于模糊控制的控制器在柔性结构振动时介入，短时间内实现柔性结构的振动抑制，最终实现了在结构简化和能量消耗较少的条件下实现高低频范围内的有效抑振。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超长柔性结构主动抑振控制方法，包括如下步骤：

步骤1，建立超长柔性结构的动力学模型；

步骤2，采用Newmark法求解索力实时变化下的柔性结构的动态响应，包括位移和速度；

步骤3，通过求解得到柔性结构动态响应下的位移和速度，及可测索力来构造基于模糊控制的控制器，进行超长柔性结构的主动抑振控制。

所述步骤1中，采用有限元离散化方法，建立超长尺度柔性结构的动力学模型：其中，F(t)表示作用于结构的外部作用力向量，y(t)，分别表示结构横向振动的位移向量、速度向量与加速度向量；C＝λ₁M+λ₂K，为超长尺度柔性结构的动力学模型的阻尼阵，λ₁、λ₂是该阻尼阵的权重系数；[K]^e＝∫∫[B]^T[D][B]dx_edy_e为超长尺度柔性结构的单元刚度矩阵，B为梯度矩阵，D为弯曲刚度矩阵，[F]^e＝∫∫[N]^TFdx_edy_e，为超长尺度柔性结构的单元所受外力矩阵，F为作用于每个单元沿柔性体横向振动的外部作用力，N是形函数矩阵；[M]^e＝∫∫ρh[N]^T[N]dx_edy_e，为超长尺度柔性结构的单元质量矩阵，ρ、h分别为结构材料的密度与结构的厚度。

各所述矩阵的表达式如下：

[B]＝[Q][C₁]^-1，Q、C₁均为系数矩阵；