空间高稳定精密跟瞄Stewart平台设计优化与控制方法研究

High Stability Precise Pointing Stewart(HSPPS) platform is meaningful for precise payload on-board satellits, and its optimal design and pointing/vibration control method are key technologies. For this research, the approximate modeling for HSPPS platform's integrated optimization will be established, and layered strategy and the optimaization algorithm will be studied. Further, pointing/vibration control method of HSPPS platform will be investigated in the case of tough on-board vibration enviroment. Finally, the optimal design result and the control method will be verified by experiments on HSPPS platform prototype. The research will enrich the theory and method on optimal design and active control of precise structure/mechanism as well as promote the space application of HSPPS platform.

高稳定精密跟瞄Stewart平台对保障空间精密载荷的高性能应用意义重大，而平台设计优化方法和控制方法则属于其中的核心科学问题。本项目首先针对高稳定精密跟瞄Stewart平台一体化设计优化的共性问题，研究优化近似问题的构造方法、分层优化策略及相应的优化算法；针对在轨复杂工况下的高稳定精密跟瞄Stewart平台控制问题，研究其指向/振动主动控制方法；最后，利用与真实系统典型性能一致的Stewart平台样机开展设计优化结果和控制方法的实验验证。本项目的研究成果将丰富精密结构/机构设计优化和控制的理论和方法，对推动新型空间精密跟瞄系统的应用亦有积极作用。

对于一体化优化问题，项目基于条件数最优条件，以Stewart平台关键结构参数和控制器参数为构型设计变量和控制系统设计变量、以平台的雅可比矩阵条件数和控制能耗作为目标函数，构造响应面将优化模型拟合为显式非线性规划问题，采用序列二次规划方法求解非线性规划问题。此外还研究了Stewart平台台体结构优化问题。对于主动控制问题，项目内/外环控制策略以及基于Lyapunov稳定的自适应方法，设计了带辅助补偿的前馈/反馈回路和积分力反馈方法。在实验验证方面，建立了Stewart平台控制实验平台，开展了振动控制/指向控制实验研究。