复合柔性结构航天器动力学建模研究

柔性航天器动力学建模的传统方法是采用混合坐标法,针对中心刚体带大型柔性附件类的航天器,这种方法在理论建模和工程应用方面都获得了极大的成功。在中心刚体加柔性附件类航天器柔性动力学研究成果基础上,通过计及柔性体与柔性体连接点间的复合位移变形,利用混合坐标法建立了复合柔性结构航天器动力学模型,其软件系统DASFA 2.0已初步用于工程分析设计。     

柔性航天器附件振动抑制的根部控制法

以中心刚体带柔性附件的航天器为对象，研究了姿态控制时中心体的转动惯量与附件振动衰减速率之间的关系。以此为基础提出一种附件振动抑制和附件指向控制的方法——根部控制法。结果表明，此方法可明显抑制附件振动，并对姿态控制的影响很小。     

面向控制的变构型航天器柔性耦合动力学建模与仿真

对于带有大型可展开天线的通信卫星,其天线展开期间全星属于典型的变结构、变构型、变参数和变质心系统。该文采用加载模态综合-混合坐标法建立了这类星载天线展开过程各类运动工况的天线和整星两级控制的柔性耦合动力学方程,以及任意构型工况的全星柔性模型,通过典型算例仿真及惯性完备性检验,表明该文研究工作具有工程实用性和有效性。     

一类时滞分布参数系统的变结构控制

本文研究了一类多时滞分布参数系统的变结构控制问题,通过非奇线性变换建立了系统的滑动模运动方程,并分析了它的稳定性。在此基础上设计了系统的变结构控制器：并且给出了运动轨线到达滑动模太区的时间估计。     

受限柔性机器人的模型降阶及变结构力／位置控制

研究了具有柔性前臂的两连杆柔性机器人的混合力／位置控制问题。首先，利用奇异值分解法对所给出的受限柔性机器人模型进行分解，再利用伪逆的概念引入一个新的降阶坐标使各子系统降价，并分别对各子系统进行力控制器和位置控制器的设计。为了获得对拟静态假设的鲁棒补偿，对位置控制器采用变结构控制并进行了理论论明。最后，通过仿真进一步验证了本方案高精度性和强鲁棒性。     

漂浮基柔性空间机械臂关节运动增广变结构控制及柔性振动主动抑制

讨论了载体位置、姿态均不受控制情况下,漂浮基柔性空间机械臂系统基于混合轨迹的关节运动增广变结构控制,该控制方案能够同时主动抑制柔性杆产生的振动.基于一般期望轨迹的增广变结构控制仅能完成渐近解耦的关节空间轨迹追踪,并不能抑制柔性杆的振动;为了对柔性振动模态进行主动控制,使用虚拟控制力的观念生成了同时反映关节期望轨迹和柔性...     

柔性机械臂的动力学模型及滑模变结构控制

本文针对轴向不伸长的Euler-Bernouli梁模型,采用假设模态法,对带有末端荷载的柔性机械臂,推导出考虑动力刚化影响的柔性机械臂有限维一致线性化动力模型.通过极点配置技术设计滑模超曲面参数,采用滑模变结构控制方法,实现关节转角的运动轨迹控制.采用LQR方法设计弹性模态稳态器,抑制由于刚体运动而激发的弹性振动.文中最后针对一单杆柔性机械臂进行了计算机仿真,验证了本文所提出的控制策略的有效性.     

柔性结构振动预测控制的仿真研究

针对柔性结构的振动问题，提出了用预测控制方法来实现对振动的主动控制。建立了由压电作动器和应变片传感器组成的悬臂梁实验系统的控制模型，用动态缩聚的方法对梁的有限元模型进行降阶，根据这个降阶模型设计了一个预测控制器，将其应用于系统的振动控制，并给出了预测步长和控制步长对控制性能的影响。仿真结果表明该预测控制方法能够有效地抑制柔性结构的振动。     

关于柔性航天器动力学模型降阶问题

针对柔性航天器动力学模型的降阶问题,综述了动力学建模中几种常用的模态集,介绍了用于选择系统保留模态的有关准则。通常的模态价值分析和内平衡理论是用于航天器系统模态的选取,而不是直接用于动力学建模时的部件模态或系统结构弹性变形模态的选取,因而存在如何应用上述准则于动力学建模的问题。为此,提出了一个动力学建模时的降阶策略;还提供了一个数值例子,以对采用不同的模态集建模时的结果进行比较,并表明如何采用上述准则于航天器的动力学建模。     

主动变刚度／阻尼系统的变结构控制

本文提出了主动变刚度／阻尼（ＡＶＳＤ）控制系统的理论模型，分析这一半主动控制系统的工作原理，基于变结构控制理论（ＶＳＣ）推导了ＡＶＳＤ控制系统全状态输出反馈控制律，还从实际工作应用出发，提出了一种只需观测系统部分状态的直接输出反馈的开关控制律。     

柔性空间机械臂基于混合滑模思想的自适应变结构控制

研究了柔性空间机械臂协调运动控制及柔性振动抑制问题。利用假设模态法及系统动量守恒关系,导出了空间机械臂的系统动力学模型。基于混合滑模思想,针对系统惯性参数存在不确定的复杂情况,提出了一种柔性空间机械臂本体姿态、关节协调运动的自适应变结构控制方案。该文所引入的混合滑模由频率成形最优滑模及终端滑模两部分组成。前者用于抑制系统柔性杆件的振动,后者则是为了保证系统追踪误差在有限时间内的收敛性。此外,上述控制方案由于在控制过程中无需预知系统的柔性变量,因此可有效避免对系统柔性状态变量进行实时地测量与反馈,较适于实际应用。仿真运算,证实了所提控制方法的有效性。     

空间范数在压电柔性结构振动控制中的应用研究

在空间范数定义的基础上,推导出了结构模态空间范数的计算公式。考虑压电柔性结构振动控制中作动器分布对结构建模与控制性能的影响,利用模态空间范数度量各个模态对结构动力响应的贡献,并对结构进行了模态选择与模型降阶。利用所建立的降阶模型,设计了一个对受外部干扰结构进行振动抑制的动态输出反馈;     

水平两自由度组合结构体系的变刚度控制

可变刚度系统应用于单体结构能够取得显著的振动控制效果。本文提出了组合结构体系的变刚度半主动结构振动控制，并通过对水平两自由度组合结构体系的变刚度吸能释能控制系统的研究，揭示了水平组合结构体系变刚度振动控制的机理。分析表明，采用这种变刚度半主动控制，能够使组合结构体系在地震作用下的动力反应得到有效的控制。     

柔性机械臂振动的反馈控制及数值模拟

探讨了梢端带刚体的柔性机械臂系统的动力学模型，对它存在的解耦的弯曲振动和扭转振动没计了一种形式简单的反馈控制律，用两个控制电机实现抑振和目标定位。使用Hilbert空间讨论系统特征值问题。住有限维近似模态分析基础上进行数值分析与模拟，得到系统弯曲振动、扭转振动的抑振控制效果曲线图。模拟结果与他人的试验结果比较，证实了所提出的控制律在削减振幅和快速抑振方面的有效性。     

柔性板时滞鲁棒控制的实验研究

以柔性板为对象,开展时滞H∞反馈控制的理论与实验研究。首先通过一种特殊形式的积分变换,将时滞方程转化为无时滞的标准状态方程形式,然后采用线性矩阵不等式设计H∞控制律,最后开展数值仿真与实验验证。结果显示,所给时滞H∞控制律不但可以处理小时滞量问题,也能处理大时滞量问题,而且具有对结构固有参数和时滞量不确定性的鲁棒性。     

超弹性柔性结构与流体耦合运动的浸入边界法研究

浸入边界法是模拟大变形柔性弹性结构和粘性流体相互作用的重要数值方法之一。该文有效结合传统的反馈力方法和混合有限元浸入边界方法,对圆柱和方柱绕流后柔性悬臂梁流固耦合振动问题进行数值模拟。其中,固体采用超弹性材料,利用有限单元法求解,流体为不可压缩牛顿流体,使用笛卡尔自适应加密网格,利用有限差分法进行求解。通过数值计算,得到柔性超弹性结构的耦合振动特性和流场动态分布特性,并将计算结果同其他文献计算结果进行比较,验证了该耦合计算方法的可靠性。     

柔性太阳帆航天器大角度机动控制研究

太阳帆航天器是一种新型航天器,被广泛设计应用于深空探测任务,它依靠太阳光压力产生推进力。通过改变太阳帆的姿态可以控制太阳帆航天器的轨道,因此姿态控制对太阳帆航天器的任务具有重要意义。为了获得足够大的推进力,太阳帆具有大尺度的柔性结构,因此太阳帆航天器具有大转动惯量和大柔性的动力学特性,这对其姿态控制带来了困难。而利用太阳帆的特殊结构可以设计出一些特殊的姿态控制机构,如中心控制杆和控制小帆等,降低控制成本,改善控制效果。该文在柔性太阳帆耦合动力学降阶模型的基础上,将太阳帆的控制机构简化为中心力矩控制和端点力控制,针对太阳帆单轴大角度机动过程,研究了两种控制方法下太阳帆柔性结构对其姿态控制的影响。研究表明,通过端点力控制可以有效减小太阳帆在姿态机动过程中姿态及结构的振动幅度,可以更好的完成太阳帆的姿态机动任务。     

基于逆系统方法的航天器姿态跟踪最优鲁棒控制

针对航天器有效载荷(如星载天线、星载相机)快速持续指向地面或在轨特定目标等空间任务,研究了航天器姿态快速连续跟踪控制问题。提出了一种计算跟踪参考姿态的新方法,给出了目标姿态参数的解析表达式。大范围机动时,姿态动力学方程是强耦合非线性的,用传统鲁棒控制方法处理比较困难。用机动四元数描述姿态误差,以避免姿态跟踪可能产生的奇异。在考虑参数不确定性和干扰力矩的情况下,应用逆系统方法和输入不确定性鲁棒控制与最优控制转换定理,将鲁棒控制问题转化为最优控制问题,回避了传统鲁棒控制复杂的设计过程。控制器的设计方法简单,可应用于更复杂的对象,且参数选择具有很大的灵活性,易于工程实现。仿真结果表明:控制器具有良好的鲁棒性,较高的跟踪精度和快速响应能力。