挠性太阳能帆板主动振动控制的研究

【摘要】：随着现代航天技术的迅猛快速发展,航天器上愈来愈多地使用一些大型、刚度低、结构阻尼弱的柔性结构,如天线、太阳能帆板等,这些弱阻尼的挠性结构的振动问题愈来愈成为了影响航天器控制系统精度的重大难题,因此对挠性结构振动的控制研究具有重要的意义。本文将针对卫星挠性太阳能帆板的主动振动控制展开研究,具体的研究内容包括:1.论文首先综述了国内外挠性航天器振动抑制的研究现状,并对挠性航天器的主动控制进行了深入的探讨;对带有挠性太阳能帆板的卫星进行动力学建模研究。将挠性太阳能帆板的振动进行离散化处理,采用假设模态法研究分析并且描述了帆板的振动,并结合拉格朗日原理推导出了挠性卫星的动力学模型。2.基于输入成形方法对挠性太阳能帆板在卫星自身机动时引起的振动展开主动控制研究。论文深入研究了输入成形的原理和输入成型器的设计方法,考虑到刚柔耦合作用对系统参数的影响,根据闭环系统的振动频率和阻尼比设计了零振动输入成型器,采用了一种基于输入成形与反馈控制相结合的主动振动抑制策略,能有效地抑制卫星自身机动引起的挠性太阳能帆板的振动。3.基于有限元分析法对挠性太阳能帆板在太空中由于外在因素的冲击作用引起的振动展开主动控制研究。论文深入研究分析了挠性结构振动时的能量理论,建立了挠性太阳能帆板的有限元模型,对帆板在受到外力冲击作用后的自由振动状况进行了研究分析,然后设计了在太阳能帆板多节点上设置反馈环节的主动控制方法,对帆板由于初始速度作用引起的振动进行抑制,并取得满意的控制效果。 【关键词】：太阳能帆板 挠性 主动控制 输入成形 有限元仿真
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB535;V442
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题的背景及研究的目的和意义8
• 1.2 挠性卫星振动抑制的研究现状及分析8-14
• 1.2.1 挠性航天器振动抑制的相关介绍8-10
• 1.2.2 挠性卫星被动振动控制的发展现状10-11
• 1.2.3 挠性卫星主动振动控制的发展现状11-14
• 1.2.4 挠性卫星的振动控制的控制策略14
• 1.3 本文主要研究内容及章节安排14-16
• 第2章 带太阳能帆板的挠性卫星的建模研究16-23
• 2.1 引言16
• 2.2 几种刚柔耦合的简化模型16-18
• 2.3 假设模态法建模原理18-20
• 2.4 动力学方程的推导20-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第3章 基于输入成形的太阳能帆板主动振动控制研究23-43
• 3.1 引言23
• 3.2 输入成形的基本原理23-27
• 3.2.1 输入成形的基本设计方法23-25
• 3.2.2 几种常用的输入成形器25-26
• 3.2.3 多模态系统的输入成形器的设计26-27
• 3.3 输入成形与PD控制在挠性太阳能帆板上的应用27-42
• 3.3.1 输入成形和PD控制联合设计27-30
• 3.3.2 仿真分析及结果30-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 基于有限元法的太阳能帆板主动振动控制研究43-71
• 4.1 引言43
• 4.2 振动的能量理论研究43-48
• 4.2.1 振动的能量守恒原理43-44
• 4.2.2 虚功原理44-45
• 4.2.3 最小总势能原理45-48
• 4.3 挠性太阳能帆板有限元模型及模态分析48-53
• 4.3.1 太阳能帆板的几何模型48-49
• 4.3.2 模态分析49-53
• 4.4 帆板受到冲击载荷时的动力学仿真53-56
• 4.4.1 分析设置及支撑约束53-54
• 4.4.2 施加初始速度54
• 4.4.3 仿真结果54-56
• 4.5 帆板的振动抑制的动力学仿真56-69
• 4.5.1 分析设置56-57
• 4.5.2 支撑约束和载荷的加载57
• 4.5.3 仿真分析57-66
• 4.5.4 载荷施加位置不同时的仿真分析66-69
• 4.6 本章小结69-71
• 结论71-72
• 参考文献72-77
• 致谢77

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