空间柔性结构动力学和自适应振动及颤振控制研究

针对空间铰接锁紧柔性帆板和空间柔性臂等柔性多体结构，在空间环境运行的特点：系统模型高阶且低阶振动模态频率低，阻尼弱。在调姿、变轨和温度变化易引起振动和颤振问题，将影响航天器的稳定性和指向精度。本项目采用动力学建模、数值计算和有限元分析方法等对空间柔性多体结构动力学特性分析；研究为低阶控制器设计的模型降阶和低阶模型匹配方法；研究智能结构传感器和驱动器优化配置方法，尤其是异位配置时闭环系统的稳定性和自适应时延补偿算法；研究振动和颤振的自适应控制方法及策略，进行稳定性理论分析、数学仿真。拟采用智能结构材料PZT、SMA、以及加速度传感器、视觉传感器和伺服电机等建立铰接锁紧板和柔性机械臂两套柔性多体试验装置，进行振动和颤振辨识、主动控制试验研究，验证所探索的理论方法和技术。本项目采用理论和试验相结合的研究方法，旨在为柔性多体结构控制工程实现和应用提供相应的理论基础和新的技术途径。

空间铰接柔性帆板和空间柔性臂等柔性多体结构在空间环境的特点：系统模型高阶且低阶振动模态频率低，阻尼弱；在调姿、变轨和温度变化易引起振动和颤振问题。研究了柔性多体结构动力学、有限元建模、振动和颤振特性分析。研究智能结构传感器和驱动器优化配置方法，分析了系统的稳定性和自适应时延补偿算法。研究了基于模型降阶和低阶模型匹配的振动和颤振抑制的智能、自适应和非线性控制方法。采用智能结构材料PZT传感器、加速度传感器、视觉传感器，压电驱动器、伺服电机、气压驱动和SMA驱动等建立实验装置，包括铰接锁紧板和柔性机械臂等实验系统。进行振动和颤振辨识、主动控制算法的试验研究，验证了研究理论方法和技术。主要研究内容、重要结果、关键数据：(1) 研制了一种压电铰接柔性板结构，进行了传感器和驱动器优化配置，实现了弯曲和扭转模态在检测和驱动上的解耦。进行了弯曲和扭转振动的非线性控制和T-S模糊控制仿真和实验研究，实现了快速振动抑制。(2) 提出了一种基于端部CCD相机视觉检测，进行柔性板结构的弯曲和扭转模态振动检测方案和图像处理方法。并进行了有限时间快速残余振动控制实验研究。(3) 研制了一种基于滚珠丝杠驱动的压电柔性臂系统，进行了特征模型的低阶模型匹配的自适应非线性控制实验研究。(4) 研制了一种谐波齿轮传动的压电铰接梁系统和一种基于行星减速器驱动的压电双柔性梁系统，分别进行了模糊终端滑模控制和分层递推控制实验研究。(5) 提出并研制了基于有杆气缸和无杆气缸驱动的压电柔性臂系统，进行了模糊自适应控制、自组织神经网络映射控制、自适应时延补偿控制等算法的仿真和实验研究，实现了振动有效控制。(6) 研制了压电固支板结构，进行了自适应滤波前馈Filter-X LMS、自适应前馈结合反馈控制FULMS等算法仿真和实验研究。相关研究成果发表文章SCI检索12篇，录用国际刊物6篇，发表EI期刊和会议文章8篇，授权专利11件，申请发明专利11件。研究成果为相关柔性结构控制工程实现和应用提供相应的理论基础和新的技术途径。