压电挠性板的H∞鲁棒控制

针对航天器上太阳帆板这种悬臂外伸薄板结构的挠性附件，在存在建模参数不确定及外部扰动条件下所引起的振动，本文采用压电致动片作为执行器，将H∞控制应用于挠性悬臂板的主动振动控制，仿真研究结果表明该控制方法对挠性板系统具有较好的鲁棒性。     

挠性结构振动控制中压电致动器/敏感器的优化配置

针对挠性结构的主动振动控制问题,给出了粘贴有若干压电片的挠性梁的数学模型。基于结构模态的可控可观性,提出一种压电致动器/敏感器同位位置的优化方法。该方法利用模态在可控可观性子空间上的正交投影来反映可控可观性的测度,并根据各阶模态在系统输出中的相对重要程度加权模态可控可观测性测度,由此得到致动器/敏感器的优化配置指标。通过数学仿证明了该优化方法的有效性。     

垂尾模型压电控制系统的综合仿真设计

提出了压电主动振动控制系统综合仿真设计方法的概念,研究了压电结构建模、压电元件位置优化、压电控制系统状态空间建模、控制系统离线仿真、控制系统半实物在线仿真等压电主动振动控制系统综合仿真设计主要环节。将该方法应用于采用压电作动器的飞机垂尾模型振动主动控制系统设计中,详细阐述了这种综合仿真设计方法的具体实现过程。通过实例表明了该综合仿真设计方法能够快速有效地实现压电主动振动控制系统设计和控制效果验证。     

基于刚柔耦合的火箭发射箱振动特性仿真研究

火箭武器弹-架系统的振动引起火箭弹的初始扰动,振动结果集中反映到定向器管口上,而发射箱的柔性变形对振动结果的影响不可忽略。通过建立某火箭武器发射箱基于弹管碰撞作用的刚体振动模型,并考虑发射架和定向器的柔性变形因素,用动力有限元法建立发射箱的柔性多体模型,经仿真计算和模型验证,对刚体振动结果和柔性变形结果耦合叠加,得到了发射箱的综合振动特性结果,掌握了影响发射箱振动的因素和规律,进行了火箭弹初始扰动的计算。研究方法和计算结果为某火箭武器初始扰动分析、弹道修正及提高射击精度提供了参考,也为同类火箭武器动力学分析提供借鉴。     

挠性航天器大角度机动的振动抑制控制

建立了带变速控制力矩陀螺群的挠性航天器的动力学模型,应用误差四元数来描述姿态运动,将星体大角度姿态机动问题转化为误差四元数的调节问题.针对挠性航天器三轴同时姿态机动时挠性附件的振动抑制问题,提出了基于动态输出反馈控制的振动抑制方法,设计了仅利用姿态四元数而无需以角速度测量、挠性变形位移及速率测量作为反馈的动态控制规律.基于Lyapunov方法证明了所设计的动态控制器保证了姿态的渐近稳定和模态振动的衰减.基于Matlab/Simulink进行了仿真验证,结果表明了所提出的控制方法的可行性和有效性.     

基于H∞鲁棒控制的挠性卫星姿态控制

针对存在未建模动态、模型参数不确定性和外力矩扰动的挠性卫星，通过选择合适的加权函数将挠性卫星姿态控制问题转化为H∞混合灵敏度问题。采用H∞优化方法设计了鲁棒控制器。最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究，结果表明采用鲁棒控制器的姿控系统较传统的PID控制的姿控系统具有更好的鲁棒稳定性和抗干扰性能。     

基于自适应陷波器的主动隔振仿真研究

自适应陷波器可以对陷波频率处的信号进行有效衰减，而对其他频率的信号影响较小，因而在有源消声、信号提取等方面得到广泛应用。以与振动干扰同频率的正弦信号作为前馈控制系统的参考输入，采用滤波LMS算法对控制权值进行调整，证明对单频和多频干扰进行主动隔振时系统的结构均等同于自适应陷波器，因而可以对周期性振动进行有效的隔离。仿真结果表明，在振动干扰中存在随机噪声的情况下，所提出的控制方法对于周期性振动仍具有较好的控制效果。     

挠性航天器旋转机动的输入成形变结构控制

研究了挠性航天器单轴旋转机动的输入成形变结构控制方法。该方法首先根据带扰动估计的滑模控制(SMCPE)方法,导出了针对刚体模型设计的、对系统模型不确定性以及非线性扰动具有较强鲁棒性的SM-CPE控制律,并在分析等效系统的基础上,提出了基于输入成形的变结构控制方案。该方案通过指令的输入成形,使得航天器能按照指定的性能机动,同时对机动过程中的弹性振动和残余振动具有较快的抑制作用。指令的输入成形是通过不断地改变滑动模超平面实现的,本文给出了一种改变该超平面的分段取固定值的算法。同时给出了设计该控制律的数字仿真实例,并作了比较,仿真结果验证了该设计的有效性。     

基于扰动观测器的伺服控制器设计及仿真研究

利用扰动观测器减弱系统的量测噪声和外部扰动,利用抗漂移的状态反馈控制器来减弱驱动饱和的影响,将这两种策略综合用于伺服控制器的设计并重点对这种方案进行了仿真对比研究。仿真结果表明基于扰动观测器的伺服系统在扰动及量测噪声不大,且系统模型参数变化不大的情况下具有较高的动态性能及较高的跟踪精度并能克服饱和约束的不良影响。     

跟踪微分器滤波性能研究

对跟踪微分器的滤波性能进行了研究，由跟踪微分器滤波所产生的相位延迟，利用它能够得到的原始信号的滤波信号和其微分信号，采用预报的方法进行补偿。仿真结果表明，所采用的这种近似方法较好地再现了原始信号。在一个采样时间不固定，且采样信号带有噪声的应用实例中，采用变步长的跟踪微分器加预报的方法得到了较好的结果。     

卫星太阳能帆板振动的分散应变控制仿真研究

在对某型卫星太阳能帆板动力学特性研究的基础上,采用应变片作传感元件、压电陶瓷作控制元件,将大系统分散控制理论与结构振动理论相结合,进行了太阳能帆板振动的分散应变控制仿真研究。研究结果表明该方法是有效的、可行的,并且易于实现。该项研究为解决航天器柔性外伸结构的振动控制问题提供了一个有效的技术途径,对工程实际具有一定的指导意义和应用价值。     

Discrete Simulation of Flexible Plate Structure Using State-Space Formulation

This paper presents the development of dynamic simulation of a flexible plate structure with various boundary conditions. A flexible square plate is considered. A finite-difference method is used to discretise the governing partial differential equation formulation describing its dynamic behaviour. The model thus developed has been validated against characteristic parameters of the plate. The model thus developed is further formulated using discrete state-space representation, to allow easy and fast implementation for simulating the dynamic behaviour of the plate with various boundary conditions. The simulation algorithm thus developed is validated, and accurate results with representation of the first five modes of vibration of the plate have been achieved. The algorithm thus developed is used in subsequent research work as a platform for development and verification of suitable control strategies for vibration suppression of flexible plate structures.     

基于格型滤波器的柴油机主动隔振仿真研究

采用格型抽头滤波器来实现柴油机主动隔振,通过梯度自适应格型算法对格型结构的反射系数及抽头部分的衰减系数进行计算更新.误差通道采用离线辨识方法,针对双层隔振系统进行了单频及多频振动信号的主动隔振仿真研究.仿真结果表明该算法对单频和多频振动的主动控制都有较好的控制效果.     

柔性航天器自适应多层神经网络跟踪控制方法

针对柔性航天器的姿态跟踪以及振动抑制问题,提出了一种自适应多层神经网络控制方法。利用自适应多层神经网络来补偿系统的非线性项,利用光滑变结构项来补偿神经网络逼近误差及外部干扰。柔性航天器为典型的一个中心刚体加柔性附件的结构,假设模型参数未知并且具有任意的有限维。控制器只利用姿态角和角速度信息进行反馈控制,不需柔性附件振动信息。最后,实验表明该方法可以有效地完成姿态跟踪和振动抑制。     

双柔臂空间机器人运动、振动一体化抗死区控制

探讨漂浮基双柔臂空间机器人存在关节力矩输出死区与外部干扰时的姿态角度运动跟踪及柔性抑振的控制问题。引入含有刚性运动与柔性模态的混合轨迹概念,提出基于运动、振动一体化的积分滑模神经网络自适应控制方案。此方案的优点是不但通过补偿项消除了死区斜率与边界参数不确定及最优逼近误差上确界未知的影响,确保了刚性运动的鲁棒性,而且能同时主动地抑制两臂杆的柔性振动,从而提高轨迹跟踪性能。仿真算例结果表明方案能有效地实现运动、振动一体化控制。     

一种机械臂协调操作柔性负载的振动控制研究

基于柔性负载有限元模型,推导了负载振动的数学模型,分析了振动产生的原因。通过偏值点的引入设计任意阶数的EI成型器和多个波峰形式的Multi-EI成型器。利用成型器具有周期延伸特性抑制多模态柔性物体的振动,并把这一方法应用到机械臂协调操作柔性负载的振动控制中。对两个机械臂协调操作柔性负载进行了仿真,仿真结果证明了振动模型与成型器的有效性。

Abstract：

The vibration model was derived based on the finite element model.The causation for vibration was analyzed.The deviation value was introduced.Following this method,any order EI shapers could be designed by introducing the deviation value points.The Multi-EI shaper was designed.The method has these advantages that the design process is easier,the computational complexity is smaller and the robustness is better.The shaper is used to reduce the residual vibration of flexible object that has multiple mode,and then this method is used control the vibration of flexible object cooperated by robot manipulators.The simulation results prove the validity of vibration model and shaper.