[发明专利]一种基于输出限制的柔性卫星系统的自适应振动控制方法有效

专利信息
申请号: 202010191550.1 申请日: 2020-03-18
公开(公告)号: CN111399379B 公开(公告)日: 2021-04-16
发明(设计)人: 刘屿;郑小惠;徐瑞峰;瞿弘毅;姚科 申请(专利权)人: 华南理工大学;广州现代产业技术研究院
主分类号: G05B13/04 分类号: G05B13/04
代理公司: 广州市华学知识产权代理有限公司 44245 代理人: 詹丽红
地址: 511458 广东省广州市*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 输出 限制 柔性 卫星 系统 自适应 振动 控制 方法
【权利要求书】:

1.一种基于输出限制的柔性卫星系统的自适应振动控制方法,其特征在于,所述的振动控制方法包括下列步骤:

根据柔性卫星系统的动力学特征,构建柔性卫星系统的动力学模型;

基于所述的柔性卫星系统,构建基于输出限制的自适应控制器,所述的自适应控制器包括自适应障碍控制律及参数自适应控制律,用于抑制柔性卫星的振动和补偿系统参数的不确定性;

基于所述的柔性卫星系统和自适应控制器,构建柔性卫星系统的Lyapunov函数;

根据所述的Lyapunov函数,验证所述的柔性卫星系统的稳定性;

当判断所述的柔性卫星系统在基于输出限制的自适应控制器的作用下能满足预设的稳定性要求时,用仿真软件对所述的柔性卫星系统进行数字仿真,得到仿真结果;

若仿真结果得到的控制效果符合预期,则保留所构的自适应控制器的增益参数,结束该自适应振动控制方法;

若仿真结果得到的控制效果不符合预期,则修正所构建的基于输出限制的自适应控制器的增益参数,重新进行数字仿真;

其中,所述的动力学特征包括柔性卫星系统的动能、势能以及非保守力对所述的柔性卫星系统所做的虚功,将动能、势能、虚功代入哈密顿原理,得到柔性卫星系统的动力学方程如下:

其中,分别表示w(x,t)对时间t的一次导数和二次导数,简写为和w'(x,t)、w''(x,t)、w '''(x,t)、w'''' (x,t)分别表示w(x,t)对x的一次导数、二次导数、三次导数和四次导数,简写为w'、w''、w'''、w'''',ρ为柔性卫星的单位长度均匀质量,A为单位长度面积,EI为柔性卫星的弯曲刚度,T为柔性卫星的张力,f为作用于卫星系统的分布式扰动,γ为阻尼系数;

边界条件如下:

其中,l为柔性卫星的长度,m为中心体的质量,ds为控制器阻尼系数,u(t)为边界控制器,d(t)为外部扰动,w(x,t)为在XOY坐标系下在时间t位置为x时柔性卫星的弹性形变,

所述的自适应障碍控制律为

其中,分别为w'(0,t)、w'''(0,t)对时间的一次导数,l0为一个正常数,使得w(0,t)<l0,分别为m、EI、ds的估计值,α、β、k1、k2为所述的自适应控制器的增益参数且均大于0,为d(t)的上界且辅助项

定义m、EI、ds的参数误差为

其中,所述的参数自适应控制律为

其中,γ1、γ2、γ3、ζ1、ζ2和ζ3均为正实数,将所述的参数自适应控制律用于补偿柔性卫星系统结构参数的不确定性,得

2.根据权利要求1所述的一种基于输出限制的柔性卫星系统的自适应振动控制方法,其特征在于,所述的Lyapunov函数,具体如下:

其中,能量项V1(t)、附加项V2(t)、交叉项V3(t)分别为

其中,w为振动偏移量w(x,t)的简称,ν为正实数。

3.根据权利要求1所述的一种基于输出限制的柔性卫星系统的自适应振动控制方法,其特征在于,根据所述的Lyapunov函数,利用李雅普诺夫直接法所述的柔性卫星系统的稳定性,具体如下:

通过验证Lyapunov函数的正定性,得出所述的柔性卫星系统符合Lyapunov意义下的稳定;

通过验证Lyapunov函数一阶导数的负定性,得出所述的柔性卫星系统符合渐进稳定。

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