航天柔性结构振动控制的若干新进展

围绕航天柔性结构的振动控制，从结构及材料的数学模型、材料及器件、基本理论与方法和一体化振动控制几个方面对一些研究的最新进展进行了介绍．主动控制和被动控制的一体化技术研究是当今航天柔性结构振动控制研究的重点，两种控制方法的结合不仅优点互补，而且提高了控制系统的性能．控制用材料和器件的研究在工程应用的推动下，也取得了较快的发展，并促进了振动控制技术的实用化     

车载系统主被动联合振动控制研究

针对车载系统行进过程中产生的结构振动,提出被动隔振和主动减振相结合的方法对结构弹性振动和刚体振动进行抑制.一方面,针对结构弹性振动,在车载结构和车体之间安装隔振装置,选择合适的隔振器参数,对车载结构的弹性振动进行隔离.另一方面,结合刚体振动抑制的需求,进一步研究小阻尼隔振器带来的结构低频刚体振动.对隔振器和车载结构形成的新系统采用主动控制方法设计最优控制器,对这一类过驱动控制系统进行主动控制研究.通过主被动控制结合,实现车载结构全频段范围内的振动抑制,能够将系统刚体振动的位移均方根值抑制到无控制时的5%以下.     

主动约束层阻尼振动控制研究进展

主动约束层阻尼(Active Constrained Layer Damping, ACLD) 是以可控的压电材料代替被动约束层中不可控的约束层,通过可控的 约束层主动地控制黏弹性材料的剪切变形以进一步增大其对振动能 量耗散的主动阻尼形式,它充分结合了主动控制与被动阻尼作用各自 的优势,使得其在结构振动控制方面显示出极好的应用价值.本文首 先解释了ACLD的基本结构和阻尼机理,然后综述了最近几年有关ACLD 在结构建模,控制方案及结构优化等方面的最新研究进展,最后指出 了应用前景并总结了进一步研究的问题.     

智能桁架结构最速自抗扰振动控制研究

研究新型实用的非线性自抗扰控制技术,在大型空间智能桁架结构主动振动控制中的应用.自抗扰控制技术的主要特性是采用扩张状态观测器对系统建模、未建模动态和外扰进行实时估计,并在控制信号中补偿掉,实现非线性不确定对象的动态补偿线性化.首先,基于动态补偿线性化的思想,对多变量耦合的非线性智能桁架结构的数学模型进行解耦;然后,采用扩张状态观测器和离散最速控制综合函数提出了一种新颖的最速自抗扰振动控制器.最后,对空间102杆压电智能桁架结构进行了最速自抗扰振动控制仿真研究.结果表明:本文提出的最速自抗扰振动控制器较好地解决了振动控制的准确性和快速性之间的矛盾,可有效地用于大型空间智能桁架结构的主动振动控制.     

振动控制研究进展综述

由于工程中巨大的需求,振动控制技术和相关的研究,一直都是国内外研究的前沿热点.经典的振动控制方法有着严密的理论体系,一直都被工程师广泛应用.但是这些振动控制技术也有其明显的缺陷,因此,国内外学术界多年来一直致力于改善这些缺陷,或提出新的振动控制结构和新方法来抑制振动.本文综述近年来国内外学术界新的方法和技术,主要是从被动抑制和主动控制两个方面进行综述.     

支架的振动控制

利用 Hamilton原理 ,考虑压电材料的机电耦合效应 ,建立含压电材料结构的有限元控制方程。采用数值分析方法研究了支架振动的主动控制、主被动联合控制和振动隔离 ,对改善支架动态特性有实用价值     

拱型结构振动控制的研究

将控制技术运用到拱型结构的振动控制中。运用单点和多点控制方法，将主动控制力表为位移，速度和加速度的线性函数，在频域内探讨了拱型结构某些关键部闰加速度频率响应随地面运动频率变化情况，研究了主动控制力参数对加速度响应的影响，并对带有主动控制装置的拱型结构在随机激励作用下的响应进行了分析。     

振动主动控制当前的主要研究课题

近１０年来对振动主动控制的研究集中在挠性航天结构主动控制减振、巨型土木工程结构主动控制减振和车辆半主动控制隔扼等几个重要领域，本文简略回顾了这些领域主动控制减振的发展过程，着重介绍了近期的研究情况和当前的主要研究课题．     

智能风力机叶片振动主动控制研究综述

风力机叶片是一个细长柔性体,承受多种交变力的作用,其可靠性受到越来越多的关注,现有风力机叶片的被动式控制很难适应风力机叶片大型化发展的要求,针对智能结构的风力机叶片主动控制的研究越来越受到重视。本文对智能风力机叶片的振动主动控制问题进行了综述,包括结构设计、不同智能材料选用及各类控制算法(如直接速度控制、状态空间控制、神经网络控制、前馈控制、自适应控制等不同的控制策略)的运用等。现有的研究存在不同程度的不足:1叶片智能结构设计不足;2智能风力机叶片的理论建模不足;3针对风力机叶片的振动主动控制技术有待完善。今后应加强以上方面的研究力度。     

压电结构的主动控制仿真与实验研究

结合有限元方法研究了直接负速度反馈和基于LQR(二次线性最优控制)的独立模 态空间主动控制方法来控制结构的振动, 采用一种新的仿真方法：PATRAN与MATLAB 联合仿真，对这两种方法进行主动控制数值仿真. 用MATLAB的xPC实时控制，进 行了主动板的振动控制实验，验证了采用上述控 制仿真方法的正确性. 各种结果表明用压电结构进行振动主动控制效果明显.     

Active vibration control and suppression for integrated structures

Spacesmictures,aircraftstrUctures,satellitesandsoonarerequiredtobelightinweightduetotherequirementofoperation.TheyarealsolightlydampedbecauseofthelowinternaldampingofthematerialsusedintheirconstrUction.Thus,theywillgeneraiClargeamplitudevibration,whichmayreducetheprecisionofoperationandaffectthePerformanceofoperation.Itisessentialtousesuitablecontrolsystemtocontrolthevibrationofsimctures.Sincethesesmicturesaredistributedparametersystemshavinganinfinitesetofvibrationmodes,thecontrolsystemwith…     

The integration of advanced active and passive structural noise control methods

This paper reports on an investigation into the feasibility of using active and passive means of vibration control in aerospace structures. In particular, attention is focused on controlling vibration transmission through light weight satellite structures at medium frequencies. The initial structure under test here is a 4.5-meter long satellite boom consisting of 10 identical bays with equilateral triangular cross sections. This structure is typical of those that might be used in space telescopes, space stations or synthetic aperture radar systems. Such a structure is typically used to support sensitive instruments in precise alignments spaced tens of metres apart. While a great deal of work has been done on this problem at low frequencies, relatively little has been achieved to date at medium frequencies (here taken to be between 150 Hz and 250 Hz). Nonetheless, this is of importance to new space missions. Using the techniques described here, an overall reduction in vibration transmission of 31.0 dB is achieved in an essentially undamped structure using passive means alone. The amounts of attenuation achievable for active control with one, two and three actuators are found to be 15.1 dB, 26.1 dB and 33.5 dB, respectively. With the combined passive control (using 10% geometric deviations) and active control (using three actuators) an overall reduction of 49.5 dB is achievable in practice.     

超大型航天结构动力学与控制的保辛方法

超大型航天器是空间资源探索和利用的重要空间基础设施，也是实现航天强国目标的重大战略性航天装备。由于这类结构的质量和尺寸巨大，将带来在轨运行中的姿-轨-结构耦合和在轨姿态控制问题。同时，结构的超大尺度、构型变化与空间环境相互作用将产生极复杂的结构振动和大型结构特有的波动现象。这些为其动力学建模与数值求解、在轨精确姿态控制、低频结构振动抑制和振动波动耦合的特性调控等提出了新的挑战。本文介绍了本团队近十年基于保辛方法针对上述问题取得的研究进展，包括超大型航天结构在轨耦合动力学与姿态控制、超大型航天结构波动力学行为与控制、可展开结构设计以及变刚度主动控制方法等。     

大型柔性航天器动力学与振动控制研究进展

随着航天重大工程的逐步实施,航天器正朝着超高速、超大尺度、多功能的方向发展,其面临的发射和运行环境也更加恶劣.航天器发射过程中的振动及其主/被动控制、在轨运行中大型柔性航天器动力学建模与动态响应分析、结构振动与飞行器姿态的混合控制等问题越来越复杂且难于处理;航天器结构的大型化和柔性化(如大阵面天线和太阳翼等)也对其地面试验和半实物仿真提出了挑战.本文着重介绍大型柔性航天器涉及到的动力学与振动控制问题,包括航天器发射过程中的整星隔振,大型柔性结构动力学建模与振动响应分析,大型柔性航天器的结构振动与姿轨控耦合动力学及其混合控制等.提炼出航天动力学与控制领域中亟待解决的若干基础科学问题,包括:多刚柔体系统动力学建模与模型降阶(涉及大变形柔性体动力学建模、多求解器合作仿真、模型降阶、组合结构动力学建模的解析方法等);复杂结构状态空间模型构建方法与能控性(涉及状态空间模型构建的理论与实验方法、复杂结构振动控制系统的能观性与能控性等);航天器姿态运动与大型柔性结构振动的混合控制律设计(涉及姿态机动与结构振动的鲁棒混合控制、执行机构与压电控制器的协同控制等).      

航天支架结构的被动振动控制

重点研究了航天支架结构的被动振动控制问题。在约束阻尼层有限元模型理论分析的基础上，对未附加约束阻尼层的支架计算模态和试验模态进行了相关性分析，制定出被动振动控制策略；通过分析附加约束阻层后支架计算模态和试验模态相关性，建立了有效的支架有限元模型，进一步用于各种情况的动态响应计算和分析。计算了实验结果表明，该控制策略取得了很好的减振效果，为同类结构振动控制问题提供了一个良好的模型参考。     

智能结构有限元动力模型的建立及主动振动控制和抑制

采用一种新的压电板单元，建立了含有分布压电传感元件和执行元件结构（智能结构）的有限元动力模型。利用两种反馈控制律，研究了智能结构振动控制与抑制的问题，并提出了智能结构主动振动控制和抑制的一种方法。最后，提供了数值示例，说明本文提出方法的应用。     

Wave-based vibration control of large cable net structures

Large cable net structures have been widely applied in aerospace engineering due to the feature of light-weight, high packaging efficiency, and high thermal stability. Structural vibrations induced by a variety of disturbances are inevitable in the space environment, resulting in the requirement of effective vibration control strategies for large cable net structures. Since the large cable net structures have many closely spaced vibrational modes in the range of low frequencies, traditional modal based control may cause modal truncation and spillover problems. In this paper, a wave-based boundary control strategy is adopted and its effectiveness to control the vibration of cable net structures is investigated, by transfer function analysis and numerical methods. It is found that the structural vibration can be absolutely resisted by applying the wave-based boundary controllers onto all the exterior nodes, when disturbances come from the external boundaries of the cable net. Our results in this paper can provide a theoretical basis for the vibration control of large cable net structures.     

形状记忆合金在结构主被动振动控制中的应用

开状记忆合金是一类应用前景广阔的智能材料系统,利用形状记忆合金材料控制结构振动是最能体现这种先进材料应用价值的重要研究方向之一．本文首先介绍形状记忆合金的主要力学行为,包括形状记忆效应和超弹性效应;其次概述描述其力学行为的本构关系模型;最后重点论述实现结构主被动控制的原理和方法及其国内外研究进展,指出存在的问题和改进方法．     

微重力下Stewart平台的主动减振系统研究分析

Stewart平台是一种并联减振机构,因其具有承载能力强、刚度大、结构稳定、精度高等优点,广泛应用于航天航空和精密仪器领域。采用Cubic构型Stewart平台并对压电陶瓷的力一位移关系线性化后,可简化成单自由度的线性主动控制系统,对六自由度的Stewart平台分散控制,在随机平稳白噪声的激励下考虑时滞影响,并对其解耦后的Stewart平台进行LQR数值分析,用Adams预测公式进行时滞补偿。分析结果表明：Stewart平台具有较好的减振性能,能有效减小平台在微重力干扰下引起的位移反应;时滞因素会降低LOR的控制作用;可通过Adams预测公式对时滞影响进行较好地补偿。