[发明专利]极大型空间刚-柔耦合系统多阶模态主动振动抑制方法

说明书

本发明公开了一种极大型空间刚‑柔耦合系统多阶模态主动振动抑制方法，首先建立空间大尺度刚‑柔耦合系统动力学模型；再设计模态滤波器；然后设计状态观测器；接下来设计滑模面及趋近律；最终设计终端滑模控制器，完成系统多阶模态振动抑制；本发明在前有发明的基础上，提出一种基于高精度等效动力学模型的终端滑模振动抑制方法，创造性地将刚体姿态信息与模态坐标统一，在完善此类系统动力学模型基础上，可在有限时间内控制系统多阶模态，使系统稳定。

技术领域

本发明属于航天器控制技术领域，具体涉及一种多阶模态主动振动抑制方法。

背景技术

随着航天器结构设计趋于大型化和复杂化，大型挠性空间桁架结构应用也更加广泛。由于桁架结构具有尺度大、阻尼小的特点，在轨运行时容易受到干扰产生振动，进而影响航天器的正常工作。为满足稳定性需求，对于空间大尺度刚-柔耦合系统进行振动抑制具有重要意义。

对于空间大尺度桁架的振动抑制问题，文献《空间智能桁架的有限时间振动抑制控制》等给出了桁架结构独立模态空间控制方法，但是缺乏刚-柔耦合系统层面的振动控制方法；申请号为CN107194077A的中国发明专利，提出了一种将卫星动力学、振动抑制与姿态控制解析式耦合的计算模型，设计多个控制器分别对刚体和柔性天线进行控制，但模型动力学方程没有统一，无法直观看出系统刚-柔耦合关系，控制器设计较为复杂。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种极大型空间刚-柔耦合系统多阶模态主动振动抑制方法，首先建立空间大尺度刚-柔耦合系统动力学模型；再设计模态滤波器；然后设计状态观测器；接下来设计滑模面及趋近律；最终设计终端滑模控制器，完成系统多阶模态振动抑制；本发明在前有发明的基础上，提出一种基于高精度等效动力学模型的终端滑模振动抑制方法，创造性地将刚体姿态信息与模态坐标统一，在完善此类系统动力学模型基础上，可在有限时间内控制系统多阶模态，使系统稳定。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

步骤1：建立空间大尺度刚-柔耦合系统动力学模型；

q_y＝[q_y¹,q_y²,q_y³,......q_yⁿ]^T

q_z＝[q_z¹,q_z²,q_z³,......q_zⁿ]^T

其中，η是状态变量，M、C、K为系数矩阵，Q为广义力矩阵，P为剩余矩阵，q_y、q_z分别为等效梁y向和z向模态坐标，θ为系统面内姿态角，为系统面外姿态角、γ为系统滚转姿态角，q_yⁿ表示第n阶y向模态坐标，q_zⁿ表示第n阶z向模态坐标；n≥1，表示模态阶数；

步骤2：设计模态滤波器；

ψ^T＝Φ^TM

其中，ψ表示模态滤波器向量，Φ表示振型函数，M表示系统总体质量矩阵；

步骤3：构造状态观测器：