大撓性航天板狀結構智能振動與形狀控制研究.pdf

1、大型柔性板狀結構系統(tǒng)的控制技術可應用于空間系統(tǒng)、航天器及主動光學等領域，大型柔性板狀結構是典型的輕質柔性結構系統(tǒng)，此類系統(tǒng)為分布式參數系統(tǒng)，其阻尼弱、低頻模態(tài)密集且模態(tài)參數具有不確定性。再者，控制系統(tǒng)性能指標要求高指向精度、高形狀控制精度以及結構模態(tài)密集問題使得結構振動與形狀控制問題更為棘手。
　　本文側重研究大型柔性板狀結構的智能高精度振動與形狀控制，其中考慮到系統(tǒng)高階模態(tài)頻率、高維數、多輸入多輸出性質、邊界條件以及作動器/傳感

2、器的可靠性等因素的影響，大型柔性板狀結構動力學系統(tǒng)的不確定問題歸因于高非線性。本文著重研究了結構的建模以及結構振動與形狀控制系統(tǒng)設計相關非線性問題，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)化設計系統(tǒng)。本文將多種智能算法應用于大型柔性板狀結構振動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構的壓電作動器位置優(yōu)化配置。第二類問題是大型柔性空間板狀結構的壓電作動器數量優(yōu)化配置

3、。第三類問題是大型柔性空間板狀結構的壓電作動器方向優(yōu)化配置。優(yōu)化配置作動器優(yōu)所使用的化適應度函數是以應變片所測表面應力為基礎的，其優(yōu)點在于可將適應度函數與優(yōu)化問題相對獨立因而便于求解。相比之前的研究工作，該優(yōu)化方法更適應于板狀結構幾何形狀復雜以及適應度函數難以求導的情況。通過與之前的研究成果對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，應用新的建模方法構建了詳細、完整、準確的大型柔性板狀結構動力學模型。該模型的優(yōu)點在

4、于考慮了結構的主要模態(tài)因而更好的避免了“溢出”現象。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構振動與形狀控制器的設計，更重要的是避免了由控制溢出與觀測溢出而導致的系統(tǒng)不穩(wěn)定現象。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構的振動與形狀控制。仿真結果表明與傳統(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構的振動與形狀