空間望遠(yuǎn)鏡分布式壓電振動(dòng)抑制技術(shù)研究.pdf

1、隨著人類加快對(duì)太空的探索研究步伐，對(duì)空間望遠(yuǎn)鏡穩(wěn)像精度要求也變得越來(lái)越高。由于太空環(huán)境中存在諸多復(fù)雜的因素，空間望遠(yuǎn)鏡要實(shí)現(xiàn)高精度穩(wěn)像是非常困難的。這些影響因素中，振動(dòng)對(duì)穩(wěn)像精度的影響尤為突出。為了提高穩(wěn)像精度，有必要對(duì)空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行減振。對(duì)于空間望遠(yuǎn)鏡減振，國(guó)外已發(fā)射的Hubble望遠(yuǎn)鏡以及即將發(fā)射的JWST空間望遠(yuǎn)鏡主要以隔振為主。但是由于被動(dòng)隔振器隔振性能有限，對(duì)低頻振動(dòng)無(wú)能為力。因而為了進(jìn)一步提高穩(wěn)像精度，有必要考慮主動(dòng)減振技術(shù)

2、。并且NASA規(guī)劃的下一代空間望遠(yuǎn)鏡ATLAST也采用了主動(dòng)減振技術(shù)。對(duì)此，本文針對(duì)空間望遠(yuǎn)鏡支撐架，對(duì)其進(jìn)行分布式壓電主動(dòng)控制技術(shù)研究。
　　首先文中設(shè)計(jì)空間望遠(yuǎn)鏡支撐架樣機(jī)基本結(jié)構(gòu)，給出節(jié)點(diǎn)和單元標(biāo)號(hào)。根據(jù)有限元相關(guān)知識(shí)，分析得出整體剛度矩陣、質(zhì)量矩陣以及力矢量。為了消除剛度矩陣的奇異性，需要添加邊界約束條件。為了降低系統(tǒng)維數(shù)，采用模態(tài)截?cái)喾ń⒛B(tài)動(dòng)力學(xué)方程，為仿真分析奠定基礎(chǔ)。
　　研究了空間望遠(yuǎn)鏡支撐架在脈沖激勵(lì)、

3、階躍激勵(lì)以及簡(jiǎn)諧激勵(lì)下的時(shí)域響應(yīng)特性，推導(dǎo)出時(shí)域響應(yīng)表達(dá)式和頻響函數(shù)表達(dá)式。同時(shí)在MATLAB中編寫程序?qū)崿F(xiàn)支撐架的時(shí)域響應(yīng)和頻域響應(yīng)，并利用形函數(shù)可得到兩節(jié)點(diǎn)間任意位置的位移。最后，利用模態(tài)應(yīng)變能和最大振幅思想來(lái)優(yōu)化得出表貼壓電片的位置。
　　為了得到一個(gè)簡(jiǎn)單準(zhǔn)確的模型，根據(jù)空間望遠(yuǎn)鏡支撐架動(dòng)力學(xué)方程，推導(dǎo)給出了支撐架的特征模型表達(dá)式。由于特征參數(shù)的重要性，繼而研究給出了特征參數(shù)的特點(diǎn)，為在特征參數(shù)辨識(shí)時(shí)確定特征參數(shù)初值提供依據(jù)

4、。本文在先后研究了常見(jiàn)的幾種參數(shù)辨識(shí)方法后，選擇改進(jìn)的多信息濾波增廣隨機(jī)梯度法進(jìn)行特征參數(shù)辨識(shí)。仿真結(jié)果驗(yàn)證了特征模型的準(zhǔn)確性以及多信息濾波增廣隨機(jī)梯度法的有效性。
　　在特征模型基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、跟蹤性能好以及魯棒性強(qiáng)的控制器就顯得非常重要。首先設(shè)計(jì)了基于特征模型的智能自適應(yīng)控制器，并且為了降低調(diào)參復(fù)雜度，利用廣義最小方差原理對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。其次，考慮到空間環(huán)境中存在不確定干擾，因而有必要設(shè)計(jì)研究基于特征模型的滑模