空間柔性結構動力學和自適應振動及顫振控制研究

《空間柔性結構動力學和自適應振動及顫振控制研究》是依託華南理工大學，由邱志成擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：空間柔性結構動力學和自適應振動及顫振控制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：邱志成
• 依託單位：華南理工大學

項目摘要

針對空間鉸接鎖緊柔性帆板和空間柔性臂等柔性多體結構，在空間環境運行的特點：系統模型高階且低階振動模態頻率低，阻尼弱。在調姿、變軌和溫度變化易引起振動和顫振問題，將影響太空飛行器的穩定性和指向精度。本項目採用動力學建模、數值計算和有限元分析方法等對空間柔性多體結構動力學特性分析；研究為低階控制器設計的模型降階和低階模型匹配方法；研究智慧型結構感測器和驅動器最佳化配置方法，尤其是異位配置時閉環系統的穩定性和自適應時延補償算法；研究振動和顫振的自適應控制方法及策略，進行穩定性理論分析、數學仿真。擬採用智慧型結構材料PZT、SMA、以及加速度感測器、視覺感測器和伺服電機等建立鉸接鎖緊板和柔性機械臂兩套柔性多體試驗裝置，進行振動和顫振辨識、主動控制試驗研究，驗證所探索的理論方法和技術。本項目採用理論和試驗相結合的研究方法，旨在為柔性多體結構控制工程實現和套用提供相應的理論基礎和新的技術途徑。

結題摘要

空間鉸接柔性帆板和空間柔性臂等柔性多體結構在空間環境的特點：系統模型高階且低階振動模態頻率低，阻尼弱；在調姿、變軌和溫度變化易引起振動和顫振問題。研究了柔性多體結構動力學、有限元建模、振動和顫振特性分析。研究智慧型結構感測器和驅動器最佳化配置方法，分析了系統的穩定性和自適應時延補償算法。研究了基於模型降階和低階模型匹配的振動和顫振抑制的智慧型、自適應和非線性控制方法。採用智慧型結構材料PZT感測器、加速度感測器、視覺感測器，壓電驅動器、伺服電機、氣壓驅動和SMA驅動等建立實驗裝置，包括鉸接鎖緊板和柔性機械臂等實驗系統。進行振動和顫振辨識、主動控制算法的試驗研究，驗證了研究理論方法和技術。主要研究內容、重要結果、關鍵數據：(1) 研製了一種壓電鉸接柔性板結構，進行了感測器和驅動器最佳化配置，實現了彎曲和扭轉模態在檢測和驅動上的解耦。進行了彎曲和扭轉振動的非線性控制和T-S模糊控制仿真和實驗研究，實現了快速振動抑制。(2) 提出了一種基於端部CCD相機視覺檢測，進行柔性板結構的彎曲和扭轉模態振動檢測方案和圖像處理方法。並進行了有限時間快速殘餘振動控制實驗研究。(3) 研製了一種基於滾珠絲槓驅動的壓電柔性臂系統，進行了特徵模型的低階模型匹配的自適應非線性控制實驗研究。(4) 研製了一種諧波齒輪傳動的壓電鉸接梁系統和一種基於行星減速器驅動的壓電雙柔性梁系統，分別進行了模糊終端滑模控制和分層遞推控制實驗研究。(5) 提出並研製了基於有桿氣缸和無桿氣缸驅動的壓電柔性臂系統，進行了模糊自適應控制、自組織神經網路映射控制、自適應時延補償控制等算法的仿真和實驗研究，實現了振動有效控制。(6) 研製了壓電固支板結構，進行了自適應濾波前饋Filter-X LMS、自適應前饋結合反饋控制FULMS等算法仿真和實驗研究。相關研究成果發表文章SCI檢索12篇，錄用國際刊物6篇，發表EI期刊和會議文章8篇，授權專利11件，申請發明專利11件。研究成果為相關柔性結構控制工程實現和套用提供相應的理論基礎和新的技術途徑。