《超大柔性空間結構在軌動力學分析與振動控制》是依託大連理工大學,由譚述君擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超大柔性空間結構在軌動力學分析與振動控制
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：譚述君
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
空間太陽能電站是解決未來能源、環境和空間安全問題的重要途徑，其千米量級尺寸的“超大”和“高柔性”特徵給在軌動力學和控制帶來了新問題、新特性和新挑戰。本項目以此為背景開展超大柔性空間結構在軌動力學建模、計算、回響特性分析和振動控制研究。首先充分考慮重力梯度、太陽光壓和熱輻射等環境干擾、軌道偏心率和結構大變形的影響，基於Lagrange變分原理分層次地建立起體現力學結構基本特徵的“柱、梁、板、殼”等超大柔性空間結構的在軌動力學模型；然後基於變分積分法構造高精度保辛數值算法，研究超大柔性空間結構在軌動力學回響新特性以及結構振動、姿態運動和軌道運動的耦合機理；最後根據回響特性和結構特點發展時變參數的線上估計方法，設計超大柔性空間結構振動的自適應魯棒H∞控制系統。本項目的實施將為超大柔性空間結構在軌動力學和控制建立新模型、發展新方法、揭示新特性，為我國空間太陽能電站技術提供必要的技術儲備和支撐。
結題摘要
超大柔性空間結構的“超大”和“高柔性”特徵給在軌動力學和控制帶來了新的問題和挑戰。本項目主要研究了超大柔性空間結構在軌動力學建模、回響特性分析、振動控制和形狀控制問題，包括：（1）在超大柔性空間結構在軌動力學建模和機理分析方面，充分考慮重力梯度影響建立了千米量級啞鈴模型的Hamilton體系的動力學模型；採用基於能量等效原理的連續體等效方法，建立了具有周期桁架結構空間太陽能電站的等效柔性梁模型；指出了重力梯度力矩經典近似模型的局限性並修正了近似模型；推導了Mathieu方程形式的模態振動方程，研究了不同初始姿態角下彎曲振動的穩定性。（2）在超大柔性空間結構在軌動力學特性分析方面，提出了Runge-Kutta 法和Newmark法同時疊代的高效數值方法，研究了太陽光壓和熱輻射等空間環境干擾下的在軌動力學回響特性，揭示了結構振動、姿態運動和軌道運動的耦合機理。研究發現，重力梯度力矩對姿態動力學影響顯著，重力梯度力矩與結構尺寸的平方成正比。重力梯度使結構振動與姿態運動產生耦合，結構尺寸達到臨界尺寸時系統出現不穩定現象。太陽光壓主要影響軌道運動，對姿態運動和結構振動的影響在短期分析中可以忽略。熱輻射主要影響結構振動，對軌道運動和姿態運動影響較小。（3）在大型柔性空間結構振動控制方面，發展了大型柔性空間結構轉動慣量參數辨識方法研究，提出了基於攝影測量技術的結構動力學參數辨識方法，解決了大型柔性空間結構在軌動力學參數難以精確獲取的問題，進而提出了大型柔性空間結構的分散式自適應模型預測振動控制方法，並發展了周期時變控制系統H2範數和Riccati微分方程的擴展精細積分算法，提高了魯棒控制問題的求解精度和效率。（4）本項目還開展了大型空間智慧型結構高精度形狀主動控制研究，提出了基於影響係數矩陣法的閉環反饋形面主動控制方法，搭建了格柵反射器形面主動控制實驗驗證系統，驗證了形面主動控制方法的精度和有效性。
