基于Stewart平台及磁流变阻尼器的航天器整体半主动隔振系统及其非线性问题研究

航天器在发射阶段经受的振动环境在其整个寿命周期内最为恶劣，严重影响其安全可靠性。整体隔振技术能够使航天器的动力学环境得到明显改善。本项目基于Stewart平台及磁流变阻尼器，对航天器整体半主动隔振系统及其非线性问题进行系统深入的理论及实验研究。通过改进常规Stewart平台中连接杆的结构形式及其与上下平台的连接方式，结合仿真分析及参数优化，给出合理的隔振平台本体结构及其设计方法；提出适用于航天器宽频带半主动隔振的新型磁流变阻尼器，借助实验研究及参数辨识方法，建立磁流变阻尼器的非线性动力学模型；确定合理的整体隔振效果评价指标；计入各种非线性因素的影响，建立航天器整体隔振系统的非线性动力学模型，并进行模型降维；提出有效的半主动隔振控制算法，并通过仿真分析及实验研究，最终给出半主动隔振平台关键参数的确定方法及准则。为高效、高质量地设计出航天器整体半主动隔振平台提供可靠的理论依据和技术支撑。

在卫星的整个寿命周期内，发射阶段是最易受到损坏的阶段。为降低卫星受到的来自于运载火箭的各种振动和冲击载荷，采用整星隔振是近年来新兴起的卫星隔振措施。.针对柔性卫星整体隔振，提出一种基于Stewart并联机构同时采用磁流变阻尼技术的新型半主动隔振平台。新型整星隔振平台以特殊形状杆件作为弹性元件，杆件与上下平台之间采用固接方式。建立新型整星隔振系统的动力学模型，并利用模态截断法简化模型。采用遗传算法对整星隔振平台的结构参数进行优化设计。建立卫星-锥壳适配器系统和卫星-隔振平台系统的有限元模型，分析整星隔振系统在基础随机激励下的被动隔振效果，证明新型隔振平台的被动隔振效果良好。.为了设计适合隔振平台的磁流变阻尼器，建立常规剪切阀式磁流变阻尼器的集中参数模型，分析常规剪切阀式磁流变阻尼器在高频振动时的硬化原理，并对高频硬化对隔振的影响进行理论分析。针对常规剪切阀式磁流变阻尼器高频动刚度很大，对高频隔振不利的情况，提出一种可应用于整星隔振平台的新型磁流变阻尼器——高频解耦型磁流变阻尼器，并建立基于Bouc-Wen改进的参数化阻尼力模型，对磁流变阻尼器进行性能测试与分析，根据测试数据并利用粒子群优化算法将阻尼器参数进行识别，结果表明识别后的参数化阻尼力模型能较好的描述高频解耦型磁流变阻尼器的阻尼特性。.为了对新型整星隔振系统进行半主动隔振控制，采用一种融合了模糊逻辑控制和最优控制的模糊最优控制方法。建立整星隔振系统状态方程，利用Simulink和MATLAB联合仿真来分析新型整星隔振系统采用限幅最优控制和模糊最优控制时的控制效果，同时比较采用半主动隔振控制与采用锥壳适配器时的隔振效果。最后设计并制造新型整星隔振平台、锥壳适配器和模拟卫星，搭建整星隔振系统，进行整星被动隔振试验及半主动隔振控制的硬件在环试验。试验结果表明：新型整星隔振系统采用模糊最优控制在低频和高频域内都能得到较好的隔振效果。