[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

说明书

本发明公开了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，该方法过程如下：根据动力学特征构建柔性卫星系统；针对系统参数不确定的柔性卫星系统，结合李雅普诺夫方法，构建基于输出限制的自适应控制器，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；验证上述柔性卫星系统在振动控制方法下的稳定性；利用MATLAB仿真软件对柔性卫星系统进行数字仿真，验证控制效果是否符合预期；若不符合，则根据仿真结果调节控制器的增益参数，使之具有较好的控制效果。本发明所提出的自适应振动控制方法能够有效抑制系统参数不确定的柔性卫星系统的振动，使得柔性卫星系统工作更加稳定。

技术领域

本发明涉及振动控制技术领域，具体涉及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。

背景技术

近些年来，柔性结构有着重量轻、能耗低等特点，因而在机械臂、机械工程、航天器等工程领域被广泛应用。在航空航天领域，柔性卫星是一种重要的柔性结构模型，通常将欧拉-伯努利梁视为柔性卫星系统的基础模型。在太空的复杂环境中，因为外部扰动的作用，柔性卫星系统中的柔性帆板会产生弹性形变，并且导致长时间持续的弹性振动，这对系统的正常工作产生影响，对于柔性卫星在航空航天领域的发展来说是一个阻碍。因此，如何从控制方面，减少或消除柔性卫星系统的弹性变形与振动，是一个急需的问题。柔性卫星系统的模型参数与工作特性是时间与空间坐标的函数，即分布式参数系统，在弹性振动中其动力学响应相对复杂。研究柔性卫星系统的振动控制，能够使其在实际工程中获得较高的控制精度。

目前对于柔性卫星系统的振动控制研究大多是采用PID控制、鲁棒控制等方法，关于输出限制的自适应控制方法却很少报道。因而本发明的研究，将为柔性卫星系统在航空航天领域的振动控制方面提供理论参考。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供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。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

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，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。

进一步地，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；