空間可展開桁架結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析及振動(dòng)主動(dòng)抑制研究.pdf

1、由于空間可折展桁架結(jié)構(gòu)具有折疊比大、質(zhì)量輕和高剛度等優(yōu)點(diǎn)，近年來在航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?？臻g桁架結(jié)構(gòu)工作在零重力環(huán)境下，一旦受到來自航天器、端部載荷、隕石撞擊或高低溫交變載荷的激勵(lì)，很容易激起低頻、大幅度振動(dòng)。由于桁架自身在零重力環(huán)境下阻尼很小，這種振動(dòng)很難衰減，將對(duì)航天任務(wù)造成重大影響。傳統(tǒng)的被動(dòng)振動(dòng)控制對(duì)高頻振動(dòng)效果較好，且需要通過以增加附加質(zhì)量為代價(jià)實(shí)現(xiàn)，在航天領(lǐng)域應(yīng)用具有一定的局限性。因此，開展空間桁架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)主動(dòng)控制研究勢(shì)在

2、必行。
　　本文以空間桁架式可展開支撐臂為研究對(duì)象，從主動(dòng)控制構(gòu)件設(shè)計(jì)、桁架動(dòng)力學(xué)建模與分析、振動(dòng)主動(dòng)控制策略和動(dòng)力學(xué)及振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)四個(gè)方面開展桁架式支撐臂的動(dòng)力學(xué)和振動(dòng)主動(dòng)控制研究。
　　對(duì)壓電陶瓷作動(dòng)器的工作原理進(jìn)行分析，并通過實(shí)驗(yàn)研究了疊堆式壓電陶瓷作動(dòng)器的動(dòng)靜態(tài)位移輸出特性，設(shè)計(jì)出了能夠替代空間桁架結(jié)構(gòu)中支撐桿的主動(dòng)控制構(gòu)件。為解決壓電陶瓷輸出位移小的缺點(diǎn)，提出了一種新型的形狀記憶合金作動(dòng)器，并設(shè)計(jì)了其加熱冷卻系

3、統(tǒng)，對(duì)所提出的新型形狀記憶合金作動(dòng)器進(jìn)行了特性分析和原理實(shí)驗(yàn)。
　　振動(dòng)主動(dòng)控制與被控對(duì)象的動(dòng)力學(xué)特性往往息息相關(guān)，密不可分。因此，研究振動(dòng)主動(dòng)控制一般先從動(dòng)力學(xué)研究著手。分別編寫了采用三維桿單元和剛架單元對(duì)桁架動(dòng)力學(xué)建模的程序，建立了桁架的動(dòng)力學(xué)模型。分析計(jì)算了桁架的主要固有頻率和模態(tài)振型，為探究影響桁架振動(dòng)特性的因素以及為后續(xù)的振動(dòng)主動(dòng)控制仿真做準(zhǔn)備，并分析了各模態(tài)對(duì)應(yīng)的桿件應(yīng)變能分布情況，用以確定振動(dòng)主動(dòng)控制中主動(dòng)控制構(gòu)件的

4、布置位置。
　　研究了桁架振動(dòng)主動(dòng)控制方法，采用模態(tài)空間下的二次型最優(yōu)控制方法對(duì)桁架振動(dòng)主動(dòng)控制進(jìn)行仿真，分析了控制前后振動(dòng)幅度衰減情況。研究了主動(dòng)控制桿位置和數(shù)量對(duì)控制結(jié)果的影響情況；結(jié)合模態(tài)置信度矩陣和多島遺傳算法，對(duì)實(shí)際控制中傳感器位置和數(shù)量進(jìn)行了優(yōu)化配置。
　　利用錘擊法進(jìn)行空間可展開桁架式支撐臂的模態(tài)試驗(yàn)，利用模態(tài)分析軟件得到固有頻率和振型，將實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與理論建模結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。將主動(dòng)控制桿件替換桁架支撐桿后，利用