挠性结构振动主动控制实验系统的设计与实现（可复制）.pdf

摘要随着航天事业的发展,对空间大型挠性结构振动抑制问题的研究越来越重要。为了使研究更接近于工程实际,对挠性结构振动主动控制不仅需要理论研验系统。挠性结构振动主动控制实验系统主要由J降恼穸鞫刂颇?椤⒓算机模式的振动主动控制模块和电机控制模块三部分构成,本文在第五章和第六章分别从硬件和软件两个方面对这三个模块进行了设计与实现。本文对应用压电片作为传感器的调理电路进行了分析和设计,在此基础上研制了具有肥涑龅牡绾煞糯蟮骼硪牵谑笛橛τ弥泄ぷ髁己谩本文还对应用压电片作为作动器的驱动电路进行了分析设计,在此基础上研制出具有肥涑龅难沟缣沾筛哐骨β史糯笃鳎谑笛橹惺褂眯Ч己谩另外本文还设计实现了计算机模式的振动主动控制系统的监控软件,软件功能强大,对我们的振动主动控制研究工作起了很大帮助。关键词:挠性结构振动主动控制嗫厝砑缁刂频绾煞糯蟮骼硪茄电高压驱动功率放大器实验系统究,还需要进行实验研究,为此,本文设计并实现了挠性结构振动主动控制实
篺琫珼,.,.甌,瓸琣琧Ⅱ
第滦髀背景和意义随着航天技术的发展,越来越多的大型挠性结构在空间飞行器上得到应用,如卫星太阳能帆板、空间站挠性机械臂、大型挠性天线等。由于飞行器承担的使命越来越多,功能越来越复杂,此类空间结构也变得越来越庞大,有的在空间展开可达几十米甚至上百米猿⒅芫⒅芊镝#;另一方面为了减小发射载荷,降低发射成本,很多空间设备和结构都采用了一些超轻、超薄的新型材饩驮斐闪苏庑┛占浣峁菇峁钩氏殖龃竽有缘奶氐悖们结构阻尼小,振动模态固有频率低,一旦遇到外界扰动,振动将持续很长时间,难以在短时间内消除。持续长时间的振动一方面会造成结构疲劳损害,缩短飞行器使用寿命;另一方面会影响仪器设备的正常工作。如美国世纪发射的哈勃望远镜,由于进出阴影区时太阳能帆板的受热不均匀而引发了振动,严重影响了望远镜的稳定度,使得成像分辨率大大降低。如此众多的挠性结构振动引发的问题使得人们逐渐意识到挠性结构振动抑制问题的重要性,提出了多种控制策略,以有效抑制振动,保证飞行器正常运行和航天使命顺利完成。因此挠性结构振动抑制成为了当前热门研究课题。对挠性结构采用被动控制虽然容易实现,并且成本低、结构简单,但缺少控制上的灵活性,对突发环境应变能力差。与之相比主动控制具有较大的灵活性,对环境适应能力强,修正设计方便,且低频振动抑制效果好,能在一定程度上适应未知扰动和系统参数的不确定性带来的影响,越来越受到人们的重视,逐步发由于在地面无法进行空间挠性结构的真实环境测试和实验,挠性结构的许多特性参数是无法精确知道的,只能通过理论计算并结合地面实验的经验来估计。另一方面现代空间飞行器都要求较高的姿态定位和调整精度,这对振动主动控制也提出了更高的要求,要求控制系统具有优良的动态特性和稳态品质。因此要想在地面研究挠性对象的各种实验建模方法,分析评价各种控制方案的效果以从工程实际角度出发进行改进,构建一个挠性结构振动主动控制实验系统对今后的科研工作具有重要的意义和实用价值。料展成为当前振动控制研究中最为活跃的领域。
,针对空间挠性结构的物理仿真实验研究国外也开展较早,年美国缙笛槭对大型空间天线结构的多输入多输出自适应控制做了实验研究,,笛槟型如图尽9獬<哪有越峁刮锢矸抡嫦低持饕S校耗有粤汉湍有园宸真系统、挠性天线仿真系统、大型建筑物仿真系统、大型挠性光学系统、机器人挠性臂系统以及桁架结构系统等。,随着我国航天科技事业的发展,这方面的研究才逐渐多起来。对挠性结构的物理仿真研究开始上世纪九十年代,物理仿真实验系统主要有挠性粱和挠性板实验系统、连杆机构、单轴气浮台一挠性结构实验系统等。年北京控制工程研究所罴舅铡⒛残「铡⑼舸禾设计实现了单轴气浮台式大型挠性结构卫星全物理仿真实验平台,如图尽N鞅惫ひ荡笱Ш教旃こ萄г阂采杓屏死嗨频娜理仿真实验装置芫⒅芊玑#。重庆大学设计了基于单轴气浮机动台的折叠式柔性结构物理仿真实验系统,可以对飞行器的机动和折叠结构的展开引起的振动进行模拟钍瘫,如图尽当然这些物理仿真并不是完全意义上的仿真,要想了解空间挠性结构振动抑制的实际情况,还必须在外太空环境几乎没有空气阻尼的情况下进行实验测试。图北京控制工程研究所的全物理仿真实验平台图第滦髀甧珹
沟缣沾稍谡穸刂浦械挠τ由于压电陶瓷既有正压电效应——接受外部机械力作用时会在表面产生电荷,又有逆压电效应——置于电场下会产生几何形变,它逐步发展成为一种先进圈重庆大学的气浮台和折叠式结构年永锖椭痪永锓⑾至搜沟缧вΓ晔⒕寤荒芷鞯电材料开始应用于工程领域鸥QА⑼趵隼ぃ,钛酸钡陶瓷问世,年利用钛酸钡制成