采用压电叠层作动器驱动的空间桁架振动主动控制

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1、中图分类号V214.2论文编号102870115-S171学科分类号082501硕士学位论文采用压电叠层作动器驱动的空间桁架振动主动控制研究生姓名冒森学科、专业飞行器设计研究方向结构动力学与控制指导教师夏品奇教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringActiveVibrationControlofSpaceTrussStructuresDri

2、venbyPiezoelectricStackActuatorsAThesisinAerospaceScienceandTechnologyByMaoSenAdvisedbyProf.XiaPinqiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究

3、成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：2015/6/15南京航空航天大学硕士学位论文摘要大挠度空间桁架由于任务适应性好、结构可靠，在航天领域有着广泛的应用。随着技术的发展，航天仪器和设备对稳定性提出了更高的要求。空间桁架具有尺寸大、质量轻、自身阻尼弱等特点，在外太空中受到扰动时易发生低频、大幅度振动。如果不加以

4、控制，振动很难衰减，会干扰航天器正常工作。压电材料在振动控制领域的广泛使用和现代控制理论的发展为空间桁架振动主动控制提供了理论基础。本文进行大挠度空间桁架振动主动控制研究。首先选取航天器结构中典型对角矩形桁架为研究对象，进行合理简化，在此基础上运用有限元分析方法，对采用压电叠层作动器的桁架结构建立机电耦合动力学模型，对桁架模型进行模态截断，分析计算桁架固有频率和模态振型，将计算结果和运用ANSYS软件计算结果作了比较。然后综合系统的可控性可观性准则、能量准则以及控制效率设计出基于可控/可观gramian矩阵的作动器/传感器位置优化准

5、则，采用遗传算法对作动器和传感器的位置进行优化，并分析了压电主动杆布置对空间桁架结构动力学特性的影响。最后采用线性二次型最优控制理论，设计反馈控制器，并用simulink软件对桁架受到瞬态激励的振动控制进行数值仿真；采用混合灵敏度H∞鲁棒控制理论对空间桁架进行主动控制，选取合适的权函数，进行控制器设计。运用simulink软件对系统受到瞬态激励，稳态激励及基础激励的振动控制进行仿真。对比分析两种控制方法的控制效果，总结两种控制设计的优劣。关键词：空间桁架，位置优化，遗传算法，振动主动控制，最优控制，H∞鲁棒控制I采用压电叠层作动器驱

6、动的空间桁架振动主动控制ABSTRACTLargeflexiblespacetrusseshavebeenwidelyusedinaerospaceengineeringbecauseofitshighmissionadaptabilityandreliability.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,thespacecraftsandequipmentsdemandmoreandmorestrictvibrationenvironment.Spacetrusseshavethecha

7、racteristicsoflargesize,lightweightandsmalldamping,andwhentheyaredisturbedinoutspace,low-frequencyandlarge-amplitudevibrationwilleasilybeexcitedwhichisdifficulttodecay,anddisturbtheworkofthespacecraftifnotbecontrolled.Thewidespreaduseofpiezoelectricmaterialsinvibration

8、controlfieldandthedevelopmentofmoderncontroltheoryprovidethetheoreticalbasisfortheactivecontrolofspacetrusses.Inthist