氣動(dòng)隔振器及八作動(dòng)器隔振平臺(tái)控制問題研究.pdf

1、在衛(wèi)星的壽命周期內(nèi)，發(fā)射過程中的振動(dòng)環(huán)境最為惡劣。采用六自由度隔振平臺(tái)作為運(yùn)載火箭和衛(wèi)星的連接裝置，能夠隔離火箭傳遞到衛(wèi)星的振動(dòng)載荷，改善衛(wèi)星發(fā)射過程的動(dòng)力學(xué)環(huán)境。為保證可靠性和提高承載能力，本文采用氣動(dòng)八作動(dòng)器主-被動(dòng)一體化隔振平臺(tái)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的六自由隔振。論文研究了氣動(dòng)隔振器及其構(gòu)成的八作動(dòng)器隔振平臺(tái)的控制問題，重點(diǎn)研究了八作動(dòng)器隔振平臺(tái)的解耦控制方法。
　　首先建立了氣動(dòng)主-被動(dòng)一體化隔振器的動(dòng)力學(xué)模型，分析了隔振器采用負(fù)載加速

2、度反饋、相對位移反饋、氣腔壓力反饋以及基座加速度前饋控制時(shí)的控制性能，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。然后將自適應(yīng)濾波算法應(yīng)用于氣動(dòng)隔振器的主動(dòng)控制，通過實(shí)驗(yàn)對濾波x-LMS算法的兩種控制器結(jié)構(gòu)——自適應(yīng)橫向?yàn)V波器與自適應(yīng)梳狀濾波器進(jìn)行了對比分析，討論了影響振動(dòng)控制效果的主要因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對簡諧激勵(lì)，兩種濾波器的控制效果基本相同；但對含有多個(gè)諧波成分的周期激勵(lì)，采用自適應(yīng)梳狀濾波器能得到更好的振動(dòng)抑制效果。通過在自適應(yīng)濾波器中引入偏置權(quán)，還

3、可以抑制負(fù)載的低頻干擾。
　　采用牛頓-歐拉法建立了多動(dòng)器并聯(lián)六自由度隔振平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)模型，分析了平臺(tái)的通道耦合屬性。分析結(jié)果表明，當(dāng)各作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同時(shí)，平臺(tái)的通道耦合屬性取決于平臺(tái)構(gòu)型和有效載荷的安裝方式，作動(dòng)器本身的動(dòng)力學(xué)特性對平臺(tái)的通道耦合屬性沒有影響。設(shè)計(jì)了幾種六自由度隔振平臺(tái)構(gòu)型。對于這些構(gòu)型，當(dāng)有效載荷滿足一定的安裝條件時(shí)，平臺(tái)的反饋通道具有一類解耦特征，其解耦控制比較容易實(shí)現(xiàn)。通過對這些構(gòu)型的對比分析，本文的隔

4、振平臺(tái)選用一種對稱的八作動(dòng)器構(gòu)型。文中還分析了該八作動(dòng)器隔振平臺(tái)的剛度矩陣與構(gòu)型參數(shù)的關(guān)系，為平臺(tái)的剛度設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　論文系統(tǒng)研究了八作動(dòng)器隔振平臺(tái)的解耦控制問題。當(dāng)有效載荷質(zhì)心位于平臺(tái)縱軸的延長線上、且載荷的質(zhì)量矩陣為對角陣時(shí)，平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)方程可分解為兩個(gè)獨(dú)立的單輸入單輸出通道和兩個(gè)兩輸入兩輸出子系統(tǒng)。而在任意負(fù)載條件下，平臺(tái)的六個(gè)輸入輸出通道間均存在交叉耦合影響。文中給出了一種解耦算法，這種算法即能用于第一種負(fù)載條件下

5、平臺(tái)二階子系統(tǒng)的解耦，又可推廣到任意負(fù)載條件下平臺(tái)的解耦控制。然后分別采用比例控制和自適應(yīng)濾波算法設(shè)計(jì)了平臺(tái)的解耦控制器，對平臺(tái)進(jìn)行了仿真分析。
　　此外，分析了負(fù)載柔性、作動(dòng)器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及彈簧分布質(zhì)量對平臺(tái)隔振性能的影響。仿真分析結(jié)果顯示，八作動(dòng)器隔振平臺(tái)頂端放置柔性衛(wèi)星時(shí)，平臺(tái)通道間的耦合增強(qiáng)了，但是平臺(tái)各主通道的振動(dòng)仍然是主要的，采用所提出的解耦控制方法仍然能夠很好地抑制平臺(tái)振動(dòng)。建立了考慮作動(dòng)器質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量情況下

6、平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)模型。分析結(jié)果表明，當(dāng)平臺(tái)八個(gè)作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同時(shí)，作動(dòng)器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對平臺(tái)的通道耦合屬性沒有影響。由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的作用，平臺(tái)傳遞率曲線的高頻段略有抬高，平臺(tái)的高頻隔振性能變差。作動(dòng)器中彈簧分布質(zhì)量的影響是使平臺(tái)傳遞率曲線出現(xiàn)高頻諧振峰。
　　最后，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了采用氣動(dòng)主-被動(dòng)一體化隔振器的八作動(dòng)器隔振平臺(tái)的主、被動(dòng)隔振性能。分別采用比例控制和自適應(yīng)濾波算法設(shè)計(jì)了平臺(tái)的解耦控制器，并在縱向和橫向兩種激振方式下對平