基于立体视觉的柔性结构振动测量与智能自适应控制方法研究

Large flexible structures of spacecrafts such as sun plate and space manipulator are low damping, and the problem on low frequencies vibration of lower-order modes will be easily caused. To improve the stability and control precision of spacecrafts, vibration active control of flexible structures should be investigated. This project will adopt a binocular stereo vision, laser structured light vision and laser displacement sensors to build the vibration measurement and control system of flexible hinged plate and flexible arm. Theoretical analyses and experimental methods will be applied, to research vibration measurement and feedback vibration control of flexible structure based on stereo vision. Modeling and measuring points collocation method should be studied based on stereoscopic visual vibration measurement for flexible hinged plate and flexible arm. Image processing and vibration signal extraction method should be researched. Considering the delay problem of non-contact measurement of non-collocated configuration, the intelligent, predictive and adaptive control algorithm of flexible plate and flexible arm vibration control is studied, including the stability theory analysis and numerical simulation. Experimental researches will be conducted on vibration test and active control based on stereo vision measurement, to verify the non-contact vibration measurement and control algorithms. The research of this project has important scientific and engineering significance, and it will provide a research foundation for engineering realization and application.

太阳板和空间机械臂等航天器的大柔性结构阻尼弱,容易引起低阶模态低频振动问题。为提高航天器的稳定性和控制精度，应研究柔性结构振动主动控制问题。本项目拟采用双目立体视觉、激光结构光视觉、激光位移传感器等，构建柔性铰接板结构和柔性机械臂振动测量与控制系统。采用理论和试验相结合的研究方法，进行基于立体视觉的柔性结构振动测量和反馈振动控制研究。研究基于立体视觉振动测量的柔性铰接板和柔性臂构建模及测点配置方法研究；研究图像处理和振动信号提取方法；考虑非接触测量异位配置的时延问题，研究柔性板和柔性臂振动控制的智能、预测和自适应控制算法，进行稳定性理论分析和数值仿真；进行基于立体视觉测量的振动测试和主动控制试验研究，验证所探索的非接触式振动测量方法和控制算法。本项目研究具有重要的科学和工程意义，为工程实现和应用提供相应的研究基础。

针对航天器上的太阳能帆板和空间机械臂等大柔性结构由于阻尼弱，容易引起低频模态振动的问题，采用非接触测量方法，构建压电柔性铰接板/悬臂板和柔性臂的振动测量与控制实验系统，基于理论与实验相结合研究方法，进行了振动测量与控制方法的理论分析，数学仿真和实验研究。.主要研究内容、重要结果、关键数据：(1) 针对压电柔性铰接板/悬臂板系统，研究了粘贴标志点和激光投射阵列点作为标志点两种情况下，基于双目立体视觉进行低频弯曲和扭转振动测量与反馈控制，设计了智能神经网络控制、模糊神经网络控制算法，数值仿真和实验结果表明所研究的立体视觉测量和设计的控制算法能有效抑制振动。(2) 研究了基于双激光位移传感器，结合压电驱动器组合优化配置实现了压电柔性铰接板/悬臂板低频弯曲和扭转模态振动在测量与驱动上的解耦，并研究了迭代学习、滑模预测控制算法，实验结果表明能快速抑制振动。(3) 针对柔性臂系统，设计了激光结构光立体视觉、粘贴标志点的双目立体视觉组成的非接触式检测系统，建立了单/双连杆柔性臂实验平台。研究了点/线激光结构光视觉标定，进行了自适应非线性开展和模糊整定非线性控制算法实验研究，以快速抑制振动。(4) 针对柔性臂系统，采用接触式传感器，如压电片和加速度传感器，采用压电片与伺服电机作为驱动器，进行振动检测与反馈控制，设计了模糊神经网络、自校正、非线性等振动控制算法，实验结果表明研究方法可以快速抑制振动。.相关研究成果发表文章24篇，其中SCI检索13篇，EI检索5篇，中文核心期刊6篇，授权中国发明专利15件，授权实用新型专利45件，登记软件著作权4件。培养研究生毕业11名。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。