FREQUENCY-SHAPING LQR CONTROL OF WHOLE-SPACECRAFT VIBRATION ISOLATION PLATFORM BASED ON MR DAMPER1)

设计磁流变六杆隔振平台,以改善星箭界面低频振动环境.采用牛顿-欧拉法建立整星隔振平台动力学模型,利用固定界面模态综合法得到卫星和隔振平台动力学模型.由于星箭界面低频振动环境在特定频段存在振动量级较大的问题,采用频域加权LQR (linear quadratic regulator)方法,利用直接分解法扩展系统状态变量,进行磁流变阻尼器半主动控制系统设计.仿真结果表明,相对传统控制方法,频域加权LQR方法在特定频段减振效果明显改善,且在其他频段没有恶化,验证了算法有效性.     

NEURAL NETWORK MODEL OF MAGNETORHEOLOGICAL DAMPER FOR VIBRATION ISOLATION PLATFORM OF WHOLE-SPACECRAFT

为改善星箭界面振动环境,设计六杆隔振平台,采用磁流变阻尼器作为半主动控制元件,替代原有锥壳过渡支架.对整星隔振平台用磁流变阻尼器进行性能测试,得到反映磁流变阻尼器阻尼特性的实验数据.建立具有两个隐含层的反向传播神经网络对阻尼器进行建模,用于预测磁流变阻尼器阻尼特性以及控制系统设计.提出一种串行算法优化网络结构、权值和阈值,保证网络具有较好的泛化能力和稳定性.仿真结果表明,与参数化模型相比,提出的神经网络模型具有较小的训练误差和较强的泛化能力,能够很好地预测阻尼器的阻尼特性.     

整星隔振用磁流变阻尼器神经网络模型

为改善星箭界面振动环境,设计六杆隔振平台,采用磁流变阻尼器作为半主动控制元件,替代原有锥壳过渡支架.对整星隔振平台用磁流变阻尼器进行性能测试,得到反映磁流变阻尼器阻尼特性的实验数据.建立具有两个隐含层的反向传播神经网络对阻尼器进行建模,用于预测磁流变阻尼器阻尼特性以及控制系统设计.提出一种串行算法优化网络结构、权值和阈值,保证网络具有较好的泛化能力和稳定性.仿真结果表明,与参数化模型相比,提出的神经网络模型具有较小的训练误差和较强的泛化能力,能够很好地预测阻尼器的阻尼特性.     

气动八作动器隔振平台的主动隔振研究

多自由度隔振平台可以有效地隔离运载器传递到卫星的振动载荷。本文采用气动八作动器隔振平台实现卫星的六自由度隔振。首先应用牛顿欧拉法建立了气动八作动器隔振平台的动力学模型,设计了平台的主动控制律,然后对平台的主、被动隔振特性进行了仿真分析。仿真分析和实验结果显示主动隔振使平台各方向的低频隔振性能均得到改善。     

整星被动多杆隔振平台研究

整星振动隔离是降低作用于卫星的振动载荷的有效方法.本文了采用多杆隔振平台来实现整星隔振,利用牛顿欧拉法建立了考虑基础运动和支杆转动惯量的隔振平台的动力学模型,分析了平台放置刚性卫星和柔性卫星的振动传递率,分析结果表明隔振平台可以有效的隔离来自于基础的振动.     

一种直升机机载跟瞄系统被动隔振平台设计

隔振平台连接直升机机体与光电跟瞄吊舱,对机载跟瞄系统的跟瞄精度至关重要。采用多个笼形隔振器并联,设计了一种直升机机载跟瞄系统的被动隔振平台。由欧拉变换描述隔振平台的空间姿态,基于Lagrange方法建立隔振平台的动力学模型,获得了不同激振频率下隔振平台的振动传递率。利用ANSYS动力学仿真验证了隔振平台理论模型的正确性,校核了大过载情况下隔振平台的冗余保护能力。通过实际飞行测试,检验了隔振平台的隔振效果。     

柔性基础准零刚度隔振系统动力学特性分析

为解决工程实践中的低频振动问题,提出了利用柔性基础准零刚度隔振系统对其进行隔离的方法。根据舰船装备实际情况,建立了柔性基础准零刚度隔振系统的动力学模型,利用谐波平衡法和平均法对动力学方程进行了求解,得到了谐波力激励下系统的幅频特性曲线和力传递率。研究了不同激励力幅值、质量比和阻尼比对系统隔振性能的影响。仿真结果表明,相比相应的等效线性隔振系统,通过适当地减小激励幅值和适当地增大质量比、阻尼比,柔性基础准零刚度隔振系统具有更优越的低频隔振性能,隔振起始频率较低,振动衰减率较大。     

失谐弱耦合卫星天线结构振动分析及预测控制

为了研究弱耦合卫星天线结构的振动控制,建立了该结构的简化计算模型,并针对该模型研究了弱耦合卫星天线结构动力学性能的特殊性:结构失谐时的振动模态局部化现象;针对失谐前后的结构,采用预测控制方法进行了振动控制,并与二次线性最优控制(LQR)方法的振动抑制效果进行了对比. 仿真结果表明:弱耦合星载天线结构参数的微小失谐会导致结构振动产生明显的模态局部化;采用预测控制方法进行结构振动控制的效果明显优于LQR控制方法,且在失谐导致的模型失配时,预测控制方法对结构振动亦有较好的抑制;在进行此种结构的振动主动控制时必须考虑到结构失谐的影响.      

基于磁流变阻尼器的多单体组合隔震结构模糊控制研究

提出了一种新的组合结构振动控制体系——多单体组合隔震结构,建立了力学模型及运动方程。基于瞬时最优控制算法,将控制力表达成阻尼力的形式,用磁流变阻尼器充当控制器,运用模糊控制方法对其进行控制。通过计算机仿真分析,并运用LQR控制与之进行对比。研究结果表明,这种组合隔震结构体系的控制效果明显,各结构的地震响应都有明显降低。采用模糊控制不需要建立精确的计算模型,并能达到与LQR控制相接近的控制效果。用磁流变阻尼器充当控制器减少了能量输入,在结构2与结构3之间安装弹簧-阻尼器使控制更容易实现。     

磁流变阻尼器半主动控制方法的实验研究

由于磁流变阻尼器是一种高度非线性的装置,因此建立与之相适应的控制系统是半主动控制问题的关键。本文采用改进的Bingham模型建立了磁流变阻尼器的动力学特性模型,根据天棚阻尼开关控制、天棚阻尼连续控制和模糊控制三种控制方法,确立了从系统速度响应到磁流变阻尼器励磁电流之间的关系,并开发了一套半主动控制系统。在一个两自由度的简化车辆试验平台上进行半主动控制试验,对比研究了三种控制方法的控制效果。实验结果表明,在1.3Hz~2.0Hz的低频段内,开关控制的最佳减振效果为15.1%,连续控制的最佳减振效果为14.9%,模糊控制的最佳减振效果为20.1%。可见,三种控制方法都能有效的减小车体的振动,模糊控制的减振效果最佳。     

不确定线性时滞系统模型参考自适应控制研究

以具有不确定参数和时滞的线性时滞系统为对象,开展时滞系统的模型参考自适应控制研究。首先利用时滞控制力项的差分方程对系统的状态变量进行增广,将时滞系统动力学方程变为形式上不含有时滞项的增广状态方程。然后根据时滞系统动力学方程和已确定的参数建立相应参考模型,并采用线性二次调节器(LQR)设计参考模型控制律,以保证闭环参考模型系统稳定。最后基于参考模型的LQR控制律,采用基于类观测器的模型参考自适应控制方法设计相应的自适应控制律。因此,针对原时滞系统动力学方程,本文所设计的时滞控制律由LQR控制律和自适应控制律两部分组成。数值仿真结果表明:本文所使用的基于LQR的自适应控制方法在系统参数和时滞不确定的情况下,能够有效地跟踪稳定的参考模型的动力学行为,从而对系统进行控制。该方法可以作为LQR控制方法的有益补充,进一步改善控制系统的动力学行为。     

基于非线性微振动流体阻尼隔振器的Octo-strut隔振平台的动力学特性研究

针对一种新型非线性微振动流体隔振器的Octo-strut平台进行研究,基于隔振器的非线性五参数模型及牛顿-欧拉方法建立了Octo-strut隔振平台的动力学模型,并对平台的振动耦合性、安全冗余性等动力学特性进行了理论分析和数值仿真验证。研究结果表明:隔振平台垂直平动z方向、绕垂向转动θ_s方向动力学特性独立,径向平动x方向与径向平动y方向相互垂直,径向平动x方向与绕径向转动θ_y方向、径向平动y方向与绕径向转动θ_x方向的动力学特性相互耦合。隔振平台具有振动耦合性、安全冗余性、非线性温变特性,在工程实际应用时应避免失效隔振器的出现并关注隔振器温变特性,以保证隔振的安全可靠性。     

基于菱形压电作动器和内模控制策略的微振动隔振研究

提出了一种以菱形压电作动器为隔振元件,并结合内模控制策略的微振动主动隔振方法。首先设计并分析了菱形压电作动器,分析其力电耦合特性;以单自由度主动隔振系统为例,建立了隔振系统的动力学模型。在此基础上,设计了基于内模控制的主动隔振策略,进行了含有模型误差、迟滞等多工况的数值仿真分析。仿真结果表明,隔振位移传递率最大可达94%。菱形压电作动器结合内模控制策略的振动主动控制技术具有较好的隔振能力,为进一步微振动平台的主动隔振设计与实验研究奠定了基础。     

基于组合滑模控制的绝对重力仪两级主动减振设计

针对环境振动作用于参考棱镜,影响激光干涉式绝对重力测量精度的问题,提出一种超低频两级弹性主动减振控制方案,其模型参考控制采用了基于全局鲁棒因子和双幂次趋近律的组合滑模算法来实现。该方案的工作原理是由高分辨率加速度计作为振动敏感元件来检测振动信号,通过组合滑模算法模型参考控制音圈电机反作用于两级主动减振平台,消减载荷平台的垂直方向微振动位移以达到减振的目的。仿真分析表明,该方案对本征频率小于等于0.05 Hz的振动减振效果明显,在0.01～2 Hz的频段具有85%以上的减振能力,优于一般模型参考滑模控制20%～40%。     

星载并联平台自抗扰振动控制研究

在空间任务过程中为了减少振动对星载精密载荷的影响,需要在精密载荷和卫星本体的传递路径中加入隔振装置．本文旨在设计一种用于敏感载荷振动主动控制的六自由度并联平台．首先利用Newton-Euler法建立并联平台的动力学模型,然后基于自抗扰控制策略进行主动振动控制器的设计,接着对控制器的有效性进行数值仿真分析,并与PID (Proportion-Integration-Differentiation)控制算法作比较．结果表明,基于自抗扰控制策略的隔振系统能够有效抑制敏感载荷的振动,并且控制效果优于PID控制．此外当结构参数存在较大摄动范围时,该控制策略仍具有较强的鲁棒性．     

高速列车磁流变半主动悬挂控制策略研究

为了提高列车运行平稳性,在经典的天棚控制和加速度控制的基础上,提出了一种新型混合控制策略,对高速列车磁流变半主动悬挂控制系统进行了仿真和实验研究.首先,对磁流变阻尼器(MRD)的力学特性测试分析,引入具有电流饱和特性的修正函数,建立了MRD的修正扩展双曲正切模型.然后,设计了面向列车平稳性的新型混合控制策略,通过分析车体加速度传递特性,比较了不同控制策略在全频域内的控制效果.此外,从相频特性的角度阐释了新型混合控制策略在全频段的控制优势.将MRD修正模型应用于悬挂控制,利用UM和Simulink软件建立了整车磁流变半主动悬挂控制系统联合仿真模型,分析不同控制策略对车辆动力学性能的影响.最后,构建了基于MRD的整车悬挂系统硬件在环实验台,通过开展硬件在环实验分析不同控制策略下的车体响应.结果表明,相比传统的控制策略,新型混合控制策略能兼顾低频段和高频段的振动控制效果,不仅可以提高列车的运行平稳性,而且不会恶化列车的运行安全性.硬件在环实验证明了新型混合控制策略的有效性,以及高速列车应用半主动控制悬挂的可行性.     

导管架式海洋平台阻尼隔振及减振技术研究

分析和研究了导管架式海洋平台结构采用阻尼隔振技术的基本原理，建立了阻尼隔振体系简化计算模型，推导了两自由度简化模型，采用强行解耦方法计算结构第一振型阻尼比的计算公式，研究了隔振层参数与结构阻尼比的关系以及它们对结构整件和隔振层层间相对位转的控制效果，进行了在波浪力和地震工况下的数值模拟，结果表明，阻尼隔振方案是导管架式海洋平台的一种有效减振措施，当阻尼隔振层刚度较大时，可以有效控制平台结构的振动。     

含机械调频式动力吸振器的准零刚度隔振系统隔振性能分析

基于动力吸振器原理,在单自由度准零刚度隔振器基础上耦合可调频动力吸振器构成两自由度隔振系统。首先,对动力吸振器工作原理进行理论分析并提出其力学模型;其次,通过静力学分析,推导出系统满足零刚度条件时,各参数间的关系并分析其对系统刚度特性的影响;然后,建立两自由度隔振系统非线性动力学方程,利用谐波平衡法进行幅频响应解析分析,得到力传递率表达式;最后,数值分析动力吸振器阻尼、刚度、质量、激励力幅值和弹簧片有效长度对力传递率的影响规律,并与单自由度准零刚度隔振系统及两自由度线性隔振系统对比分析。结果表明：通过选择适当的动力吸振器参数不仅可以减小系统的起始隔振频率,增宽隔振频带,且还能加快系统力传递率在特定频段内的衰减速率,改善系统的低频隔振性能,实现激励频率的可适应性。     

航空遥感惯性稳定平台振动特性分析与隔振系统设计

针对航空遥感三轴惯性稳定平台隔离高频线振动的要求,在振动环境分析的基础上,以振动传递率为评价指标,对周期性干扰下惯性稳定平台的一次和二次隔振系统动力学模型进行了Matlab仿真及振动特性分析,进而对某轻小型惯性稳定平台的隔振系统进行了设计,最后为验证隔振系统效果,对惯性稳定平台进行了振动测试实验。实验结果表明:惯性稳定平台在受到30~500 Hz的外界干扰时能够平稳工作,且指向精度保持在0.2°以内,表明隔振系统设计合理有效。     

无人机捷联惯组隔振系统动力学分析与优化设计

针对捷联惯组在无人机中的特殊安装环境,提出了一种在偏移安装环境中实现三轴向等刚度与准解耦隔振系统的设计方法。首先建立了隔振系统的六自由度动力学模型及其动力学方程,对隔振系统进行动力学分析。分析结果表明:当隔振器的轴径刚度比为0.8左右且阻尼比大于0.125时系统可以实现设计要求。最后,设计并制造隔振系统,分别在振动台上以及无人机飞行环境中对其进行试验验证。试验结果与理论计算相吻合:隔振系统有效地削弱了偏移安装环境带来的捷联惯组振动问题,可以实现三轴向等刚度设计与准解耦状态。