论文摘要
在卫星的寿命周期内,发射过程中的振动环境最为恶劣。采用六自由度隔振平台作为运载火箭和卫星的连接装置,能够隔离火箭传递到卫星的振动载荷,改善卫星发射过程的动力学环境。为保证可靠性和提高承载能力,本文采用气动八作动器主-被动一体化隔振平台实现卫星的六自由隔振。论文研究了气动隔振器及其构成的八作动器隔振平台的控制问题,重点研究了八作动器隔振平台的解耦控制方法。首先建立了气动主-被动一体化隔振器的动力学模型,分析了隔振器采用负载加速度反馈、相对位移反馈、气腔压力反馈以及基座加速度前馈控制时的控制性能,并通过实验进行了验证。然后将自适应滤波算法应用于气动隔振器的主动控制,通过实验对滤波x-LMS算法的两种控制器结构——自适应横向滤波器与自适应梳状滤波器进行了对比分析,讨论了影响振动控制效果的主要因素。实验结果显示,对简谐激励,两种滤波器的控制效果基本相同;但对含有多个谐波成分的周期激励,采用自适应梳状滤波器能得到更好的振动抑制效果。通过在自适应滤波器中引入偏置权,还可以抑制负载的低频干扰。采用牛顿-欧拉法建立了多动器并联六自由度隔振平台的动力学模型,分析了平台的通道耦合属性。分析结果表明,当各作动器的结构参数相同时,平台的通道耦合属性取决于平台构型和有效载荷的安装方式,作动器本身的动力学特性对平台的通道耦合属性没有影响。设计了几种六自由度隔振平台构型。对于这些构型,当有效载荷满足一定的安装条件时,平台的反馈通道具有一类解耦特征,其解耦控制比较容易实现。通过对这些构型的对比分析,本文的隔振平台选用一种对称的八作动器构型。文中还分析了该八作动器隔振平台的刚度矩阵与构型参数的关系,为平台的刚度设计提供了依据。论文系统研究了八作动器隔振平台的解耦控制问题。当有效载荷质心位于平台纵轴的延长线上、且载荷的质量矩阵为对角阵时,平台的动力学方程可分解为两个独立的单输入单输出通道和两个两输入两输出子系统。而在任意负载条件下,平台的六个输入输出通道间均存在交叉耦合影响。文中给出了一种解耦算法,这种算法即能用于第一种负载条件下平台二阶子系统的解耦,又可推广到任意负载条件下平台的解耦控制。然后分别采用比例控制和自适应滤波算法设计了平台的解耦控制器,对平台进行了仿真分析。此外,分析了负载柔性、作动器的质量和转动惯量以及弹簧分布质量对平台隔振性能的影响。仿真分析结果显示,八作动器隔振平台顶端放置柔性卫星时,平台通道间的耦合增强了,但是平台各主通道的振动仍然是主要的,采用所提出的解耦控制方法仍然能够很好地抑制平台振动。建立了考虑作动器质量和转动惯量情况下平台的动力学模型。分析结果表明,当平台八个作动器的结构参数相同时,作动器的质量和转动惯量对平台的通道耦合属性没有影响。由于转动惯量的作用,平台传递率曲线的高频段略有抬高,平台的高频隔振性能变差。作动器中弹簧分布质量的影响是使平台传递率曲线出现高频谐振峰。最后,通过实验验证了采用气动主-被动一体化隔振器的八作动器隔振平台的主、被动隔振性能。分别采用比例控制和自适应滤波算法设计了平台的解耦控制器,并在纵向和横向两种激振方式下对平台进行了主动控制实验。实验结果显示,在低频段,两种主动控制方法都能取得很好的振动抑制效果;在高频段,平台表现为被动隔振特性。这样,应用此平台可以实现六自由度主-被动一体化隔振。
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标签：八作动器隔振平台论文; 主动隔振论文; 一体化隔振论文; 解耦控制论文; 气动作动器论文;