密集模態(tài)撓性結(jié)構(gòu)的多變量實(shí)驗(yàn)辨識(shí)及自適應(yīng)逆控制.pdf

1、空間大型撓性結(jié)構(gòu)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是模態(tài)阻尼小,受到擾動(dòng)后其自由振動(dòng)會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間,從而影響航天器及相關(guān)裝置的運(yùn)行精度。而模態(tài)密集是大型撓性結(jié)構(gòu)的另一個(gè)重要特征,由于固有頻率密集,傳統(tǒng)的模型辨識(shí)方法難以將相鄰的兩個(gè)或多個(gè)模態(tài)分開,而誤認(rèn)為一個(gè),從而導(dǎo)致控制器設(shè)計(jì)的失敗。另外,密集模態(tài)撓性結(jié)構(gòu)模型容易受到環(huán)境和結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的影響,導(dǎo)致控制器的失效。因此,開展密集模態(tài)撓性結(jié)構(gòu)的模型辨識(shí)及自適應(yīng)控制的研究,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。
　

2、　本文以加快撓性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)衰減為目的,著重研究了密集模態(tài)撓性結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的若干重要問題:離散型壓電式傳感器與作動(dòng)器的最優(yōu)配置問題;密集模態(tài)對(duì)象的模型辨識(shí)問題;基于辨識(shí)模型的最優(yōu)控制及自適應(yīng)逆控制等。 振動(dòng)主動(dòng)控制的方案不僅要有理論和數(shù)值仿真的支持,更要能夠在物理系統(tǒng)上面,取得實(shí)際的減振效果。針對(duì)以往撓性結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的實(shí)驗(yàn)對(duì)象以非密集模態(tài)的撓性梁和撓性板為主的情況,本文構(gòu)建了二維密集模態(tài)撓性板物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),目的是以密集模態(tài)撓性結(jié)構(gòu)為實(shí)驗(yàn)對(duì)

3、象,研究其建模方法和控制律設(shè)計(jì)方案,使得理論和仿真的結(jié)論,可以在實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證。同時(shí),亦可檢驗(yàn)系統(tǒng)從檢測(cè)到驅(qū)動(dòng)、從軟件到硬件、從構(gòu)成到成本等多種因素下是否均切實(shí)可行。
　　本文在建立密集模態(tài)撓性板振動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,研究了離散型壓電式傳感器與作動(dòng)器的最優(yōu)配置問題。首先考慮了壓電式傳感器和作動(dòng)器與撓性板之間的相互作用,并綜合對(duì)象模態(tài)振型,采用基于能量函數(shù)的準(zhǔn)則和輸出能控度準(zhǔn)則,計(jì)算出撓性板上各個(gè)位置能控性和能觀性的大小,并以此確定

4、了壓電傳感器和作動(dòng)器的位置。 現(xiàn)代控制理論大都是建立在控制對(duì)象的某種數(shù)學(xué)描述的基礎(chǔ)上,因此撓性結(jié)構(gòu)的建模成為振動(dòng)主動(dòng)控制的關(guān)鍵問題之一。采用有限元法雖然也可得到對(duì)象的較為精細(xì)的數(shù)學(xué)模型,但是模型降階任務(wù)重。實(shí)驗(yàn)建模由于所需輸入輸出數(shù)據(jù)來均自于實(shí)際系統(tǒng),得到的模型大都可以直接用于控制律的設(shè)計(jì),因此得到了很大的發(fā)展。目前常用的模型辨識(shí)方法可分為時(shí)域辨識(shí)和頻域辨識(shí)。由于撓性結(jié)構(gòu)頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大,通過時(shí)域辨識(shí)得到的模型階次大都很高,不利于控制