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《智能天线结构模糊自适应变形控制实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第27卷第2期宇 航 学 报Vol.27No.22006年3月 JournalofAstronauticsMarch2006智能天线结构模糊自适应变形控制实验研究于登云,夏人伟,赵国伟,赵 豫(北京航空航天大学宇航学院,北京100083) 摘 要:基于dSPACE半物理仿真系统和所研制的压电作动器,设计并构建了智能天线结构实验平台,进行了结构变形控制实验研究。实验中采用常规PID作为基本控制方法,并在此基础上设计了一种模糊自适应PID控制器,将两种方法对应的不同控制效果进行了对比。结果表明:在所给的实验条件下,基于压电材料可实现
2、对智能天线结构变形的控制,作动器控制变形量最大可达166μm;两种控制方法均可对结构变形进行控制,模糊自适应方法的绝对位置控制精度达到±0.5μm;应用模糊自适应PID控制方法对结构进行变形控制,较之常规PID控制方法能够降低系统响应的超调量,缩短稳定时间,提高控制精度,得到更好的控制过程。关键词:智能结构;天线;模糊控制;自适应控制系统+中图分类号:TN821.91 文献标识码:A 文章编号:100021328(2006)0220245205dSPACE半物理仿真系统和Matlab进行了结构变形0 引言控制实验。空间天线
3、或其它精密结构需要保持较高的形状1 基于dSPACE的变形控制实验平台及位置精度,以确保各方面性能。采用智能结构技术能对这类结构进行精密定位和形状控制,可望有1.1 抛物面天线背架桁架效的提高结构性能。本研究设计的抛物面天线背架,是一个焦距为智能结构研究工作起始于20世纪80年代初。0.48m的三维桁架结构。该桁架共有10片骨架,每80年代后期到90年代以来,国际上发表了大量关于片有7根桁架杆,每片间由3根桁架杆连接,共100智能结构的研究论文。在实际应用方面,国外研究人根杆,关节接头采用预紧螺纹压紧,片间夹角为36员也作了不少尝
4、试,其中比较有代表性的是美国JPL度,口面圆直径为1.296m。构建实验平台时,只考(喷气推进实验室)于20世纪90年代初开展的PSR虑了抛物面天线背架的一个局部,共3片,片间角度研究计划,研发了一种集成有位移传感器和力致动器为36度。整个实验平台包括抛物面天线背架桁架、的低电压压电主动单元结构,用这种智能结构来实现主动元件(压电作动器)、功率放大器、信号传感(电[1]空间精密分段反射镜的低量级振动及形状控制。涡流传感器、信号前置器)、dSPACE控制器、PC控制我国在智能结构方面的研究主要侧重于理论与台六个部分,系统构成如图1所
5、示。数值仿真及梁板结构控制。对于更复杂的桁架结构,有代表性的工作有南京航空航天大学所作的基于模[2]态控制和模态滤波技术的实验研究。北京航空航天大学对于柔性自适应桁架及其振动控制也进行了[3]最优控制实验研究。在智能结构的模拟仿真方面,[4,5]也已经有人做了相关工作并取得一定成果。本研究以抛物面天线背架为应用目标,设计构图1 实验平台系统构成建了智能天线结构实验平台,将自行设计制造的Fig.1StructureoftheTestbedSystemPZT压电作动器集成到实验背架中作为主动控制元件,并设计了一种模糊自适应PID控制器
6、,基于收稿日期:2005208209; 修回日期:2005210209基金项目:863航天领域项目资助246宇航学报第27卷1.2PZT-5压电作动器研制数Kp、Ki和Kd作为输出。定义它们的模糊集同时本研究采用了将压电堆在结构上串联,压电堆为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},论域均为{-间电学并联的方法,自主设计制造成有较大冲程的6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}。PZT-5作动器。其输出位移δ、结构外力F及外加3.2 建立模糊控制规则电压<间关系可表示为从系统的稳定性、响应速度、超调量和
7、稳态精度mδ¨+cδÛ+kδ=F+kd<(1)等方面来考虑,Kp、Ki和Kd的作用如下:其中k、d分别为等效刚度系数和等效电致作动系(1)比例系数Kp的作用是加快系统的响应速数。图2为PZT-5压电作动器结构,该作动器尺寸度,提高系统的调节精度。Kp越大,系统的响应速度为<12×210mm,经实验测试,最大位移输出量为越快,系统的调节精度越高,但易产生超调,甚至导166μm,最大输出力可达到156N。致系统不稳定。Kp取值过小,则会降低调节精度,使响应速度缓慢,从而延长调节时间,使系统动、静态特性变坏。(2)积分系数Ki的作用是消
8、除系统的稳态误差。Ki越大,系统的稳态误差消除越快,但如果Ki图2PZT-5压电作动器结构图过大,在响应过程的初期会产生积分饱和现象,从而Fig.2StructureofthePZT-5piezoelectricceramicactuators引起
