大撓性航天板狀結(jié)構(gòu)智能振動(dòng)與形狀控制研究.pdf

1、大型柔性板狀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的控制技術(shù)可應(yīng)用于空間系統(tǒng)、航天器及主動(dòng)光學(xué)等領(lǐng)域，大型柔性板狀結(jié)構(gòu)是典型的輕質(zhì)柔性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，此類系統(tǒng)為分布式參數(shù)系統(tǒng)，其阻尼弱、低頻模態(tài)密集且模態(tài)參數(shù)具有不確定性。再者，控制系統(tǒng)性能指標(biāo)要求高指向精度、高形狀控制精度以及結(jié)構(gòu)模態(tài)密集問題使得結(jié)構(gòu)振動(dòng)與形狀控制問題更為棘手。
　　本文側(cè)重研究大型柔性板狀結(jié)構(gòu)的智能高精度振動(dòng)與形狀控制，其中考慮到系統(tǒng)高階模態(tài)頻率、高維數(shù)、多輸入多輸出性質(zhì)、邊界條件以及作動(dòng)器/傳感

2、器的可靠性等因素的影響，大型柔性板狀結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的不確定問題歸因于高非線性。本文著重研究了結(jié)構(gòu)的建模以及結(jié)構(gòu)振動(dòng)與形狀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)非線性問題，其主要工作如下:
　　首先，為了確?？刂葡到y(tǒng)測可控性、可觀性以及高效能量利用，需要優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。本文將多種智能算法應(yīng)用于大型柔性板狀結(jié)構(gòu)振動(dòng)與形狀控制中的三類優(yōu)化配置問題。第一類問題是大型柔性空間板狀結(jié)構(gòu)的壓電作動(dòng)器位置優(yōu)化配置。第二類問題是大型柔性空間板狀結(jié)構(gòu)的壓電作動(dòng)器數(shù)量優(yōu)化配置

3、。第三類問題是大型柔性空間板狀結(jié)構(gòu)的壓電作動(dòng)器方向優(yōu)化配置。優(yōu)化配置作動(dòng)器優(yōu)所使用的化適應(yīng)度函數(shù)是以應(yīng)變片所測表面應(yīng)力為基礎(chǔ)的，其優(yōu)點(diǎn)在于可將適應(yīng)度函數(shù)與優(yōu)化問題相對(duì)獨(dú)立因而便于求解。相比之前的研究工作，該優(yōu)化方法更適應(yīng)于板狀結(jié)構(gòu)幾何形狀復(fù)雜以及適應(yīng)度函數(shù)難以求導(dǎo)的情況。通過與之前的研究成果對(duì)比仿真分析表明智能優(yōu)化算法具有良好的優(yōu)化效果。
　　其次，應(yīng)用新的建模方法構(gòu)建了詳細(xì)、完整、準(zhǔn)確的大型柔性板狀結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型。該模型的優(yōu)點(diǎn)在

4、于考慮了結(jié)構(gòu)的主要模態(tài)因而更好的避免了“溢出”現(xiàn)象。此外，該模型為降階模型且因其形式簡單便易于大型柔性板狀結(jié)構(gòu)振動(dòng)與形狀控制器的設(shè)計(jì)，更重要的是避免了由控制溢出與觀測溢出而導(dǎo)致的系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象。最后，通過圓形板與矩形板的建模分析，證明了建模方法的有效性。
　　第三，本文通過計(jì)算仿真與分析并引入了多種智能控制算法用于大型柔性板狀結(jié)構(gòu)的振動(dòng)與形狀控制。仿真結(jié)果表明與傳統(tǒng)控制算法相比，智能控制策略可更好地用于大型柔性板狀結(jié)構(gòu)的振動(dòng)與形狀