一、大型空间网状天线反射面在轨控制中的作动器/传感器优化配置研究（论文文献综述）
宋祥帅[1]（2021）在《星载天线反射器高精度形面主动控制方法与实验研究》文中指出近年来,对地观测卫星、移动通信卫星和深空探测卫星对天线增益提出了越来越高的要求,大口径、高精度成为星载天线的主要发展方向。当天线口径一定时,反射器形面精度（反射面离散点的均方根（RMS）误差）是影响天线增益的主要因素。反射器从设计、制造到在轨运行会受多方面因素的影响引起形面误差,导致形面精度下降。利用压电作动器主动控制反射器结构变形,能够有效补偿形面误差,进而提高在轨形面精度。目前,国内外关于反射器形面主动控制的研究多采用开环控制方法,结构简单,但控制精度、抗干扰能力和鲁棒性较差。此外,航天器需要严格地限制控制系统的电源数量以减少重量和成本,这种需要考虑电源数量约束的形面主动控制问题,对控制器设计及具体应用提出了新的挑战。因此,本文以锆钛酸铅（PZT）压电作动器驱动的格栅反射器为研究对象,重点围绕如何实现反射器高精度形面控制开展研究工作,主要包括反射器基体结构/压电作动器力学建模与热变形分析、高精度形面主动控制、限定控制系统电源数量的形面主动控制和形面主动控制实验系统设计与验证。主要工作如下:（1）建立了反射器基体结构/压电作动器一体化模型并对其在轨热变形进行分析。利用有限元法建立格栅反射器基体结构的模型,结合热弹性比拟法给出PZT压电作动器驱动电压的等效模型。通过平面六边形反射器模型的静态变形实验验证了模型的准确性。采用基础温度和线性梯度组合近似表征反射器结构的在轨温度场,并分析了三种典型工况下的热变形。分析结果表明,所建立的格栅反射器有限元模型能够准确地预测反射面变形趋势;三种典型温度载荷引起较大的热变形,导致反射器形面精度下降,需要进一步采用主动控制方式以提高在轨形面精度。（2）开展了模型不确定性下的反射器高精度闭环形面主动控制研究。针对传统控制方法难以处理模型不确定性的问题,首先提出了基于最小二乘（LS）的闭环形面控制方法。该方法利用影响系数矩阵,通过形面误差反馈逐步迭代寻找最优控制律;然后,针对影响系数矩阵存在较大模型误差导致LS闭环控制法不收敛的问题,提出一种基于反馈误差学习（FEL）在线更新模型的自适应控制方法。该方法以影响系数矩阵广义逆模型为基础,通过形面误差和学习率在线辨识反射器系统逆模型,并利用形面误差的变化调整学习率以保证快速收敛,在此逆模型基础上自适应更新控制律,有效地避免了反射器系统模型误差对控制精度的影响;最后,通过数值仿真和实验验证LS和FEL方法的有效性。研究结果表明,相比于LS法,FEL法对模型误差的敏感性更低。即使影响系数矩阵存在较大模型误差,FEL法仍能够控制反射器实现较高形面精度,且还能够辨识得到一个准确的反射器系统模型。（3）开展了限定控制系统电源数量的反射器形面主动控制研究。实际工程由于卫星系统重量和成本的限制,控制系统电源数量受到约束,通过优化作动器分组和电源电压设计控制器。预先给定电源数量,提出了作动器不连接电源的分组设计,有效地改善了形面控制效果。以RMS最小为目标建立面向形面主动控制的优化模型,研究不同电源数量控制后的形面精度。针对作动器分组多和电源电压范围较大所导致的大维度解空间优化问题,利用遗传算法和最小二乘法提出了先优化分组,再优化电源电压的混合优化方法,大幅度降低了求解难度和复杂度。仿真结果表明,即使只利用2个电源实施控制,形面精度仍能提高90%以上。针对以RMS误差最小为目标的控制方法所需控制能量较大问题,以控制耗能最小为目标,形面精度为约束提出控制方法,并通过数值仿真验证有效性。仿真结果表明,所提方法在限定电源数量情况下既能够满足形面精度需求,又能够有效地降低控制能量消耗。（4）设计并搭建了一套适用于高精度反射器控制算法快速验证的实验系统。该实验系统利用数字图像相关（DIC）双目视觉测量仪测量反射器的形面。考虑DIC测量仪的高频采样特性和形面主动控制过程的准静态特性,利用多次测量再取平均值的方法提高测量精度,解决了本文实际工作中高精度形面控制测量精度不足的问题。基于测量数据计算最优控制律,采用30个PZT作动器驱动0.65m 口径格栅反射器实现高精度变形。该实验系统以低精度和低成本的测量设备实现了高精度需求的形面主动控制。利用该实验系统对所提FEL法的有效性进行验证。实验结果表明,所搭建的实验系统结合FEL控制方法能够实现反射器高精度自适应形面控制,可为高精度控制算法的开发与验证提供实验平台。本论文的研究工作,为解决星载天线反射器的力学建模、高精度形面主动控制、限定电源数量的形面主动控制提供了理论方法,也为形面主动控制实验系统设计、集成与应用提供了参考方案。
王恩美[2]（2020）在《大型空间结构在轨组装阶段的分布式振动控制》文中研究表明随着太空任务的不断深入和航天技术的迅速发展,轻量化、模块化的大型空间结构具有广泛的应用需求基础。受限于运载火箭的单次运载能力,在轨组装是大型空间结构最有前景的构建方式之一。随着空间机器人技术的不断发展,在轨组装技术在未来大型甚至超大型空间结构的构建中将发挥更大的潜力。在轨组装的顺利完成是大型空间结构长期在轨运行的基本前提。整个在轨组装任务工程量巨大、耗时较长,多种空间摄动以及不可避免的组装撞击等扰动会引发空间结构整体的振动,特别是组装后期结构柔性越来越大,振动问题愈发突出,将严重影响组装任务。为实现大型空间结构高精高效、安全地在轨组装,与之相关的动力学建模与分析、组装任务规划、以及结构主动控制技术是需要优先突破的关键技术;但是,空间结构整体的构型和尺寸随模块逐个组装离散渐增,上述技术的突破依然存在建模工作繁琐、结构振动响应考虑不足、集中式主动控制策略不适用等问题。鉴于此,本文面向模块化大型空间结构的在轨组装阶段,以平面板式和桁架式大型空间结构为具体对象,开展结构动力学建模、序列规划、以及分布式自适应振动控制方法研究,旨在保障在轨组装任务的完成质量。主要研究内容包括:（1）模块化大型空间结构在轨组装阶段的动力学建模与分析。充分利用结构设计特点、以及组装任务的规律性,提出通过邻接关系向量调用模块基础模型库、按“节点自由度”加载的建模方法,建立构型复杂、组装方案多样的模块化大型空间结构的动力学模型,其在轨组装阶段的模型更新无需重复繁琐的建模工作。基于所建立的模型分析大型空间结构在轨组装阶段的动力学特性变化、以及模块组装撞击作用下的动力学响应。数值仿真结果说明,该方法建立的模型适用于描述该阶段大型空间结构的离散渐变动力学特性,其动力学特性的变化过程与模块的组装序列相关,而且模块的组装撞击对空间结构整体的稳定影响较大。（2）减小空间结构振动的多约束组装序列规划。考虑大型空间结构在轨组装阶段的结构振动,将整个组装序列规划问题分解为每次模块组装位置的优化问题,基于所提出的建模方法,以每次组装时结构一阶固有频率最大为优化指标,利用模块位置关系矩阵描述组装操作的连续性、可行性等多约束条件,结合遗传算法提出减小空间结构振动的多约束组装序列规划算法。数值仿真中利用该算法优化平面板式和桁架式大型空间结构的组装序列,开展在轨组装阶段的动力学分析。结果表明,对比组装效率等优化指标,以最大化结构一阶固有频率的次序组装模块,可有效降低大型空间结构在轨组装阶段的振动幅值。（3）面向分布式控制的动力学建模与自适应协同控制。为实现振动主动控制,采用分布式控制策略,充分考虑在轨组装阶段大型空间结构的变化特点,引入可随组装变化的模块化智能组件作为被控结构单元,调用模块基础模型库、按“节点自由度”加载,建立面向分布式控制的动力学模型;进而基于该模型提出分布式协同控制器、及其在轨组装阶段的自适应更新策略,并利用李雅普诺夫稳定性理论证明控制系统的闭环稳定性。考虑组装撞击和部分控制器失效等工况,开展平面板式空间结构不同在轨阶段的动力学分析和振动主动控制。数值仿真结果充分验证了分布式自适应协同控制系统的可行性和良好鲁棒性,并说明分布式控制器中的协同部分可进一步增强控制系统的振动抑制效果。（4）提升控制系统计算效率的分布式自适应快速模型预测控制。为进一步提高在轨组装阶段分布式控制系统的自适应更新效率,基于Newmark-β方法推导智能组件离散状态的显式表达,结合快速计算策略,设计分布式自适应快速模型预测控制系统。考虑模块组装撞击的不确定性、以及部分智能组件控制器失效等多种工况,开展平面板式大型空间结构在轨组装阶段的振动主动控制。数值仿真结果体现了该分布式控制系统的可行性和鲁棒性,不同控制系统的对比结果验证了其在自适应更新效率方面的明显优势。（5）分布式主动振动控制实验验证。以柔性悬臂板结构为被控结构,采用压电纤维作动器和非接触式激光位移传感器,搭建实验平台,开展建模方法和分布式控制方法的实验验证工作。利用模块化大型空间结构的建模方法,结合载荷比拟法建立模块基础模型库,再调用、加载,获得压电驱动柔性悬臂板结构的动力学模型。以模态分析、静态变形实验,验证该理论模型的有效性后,在初始变形和部分主动元件失效等工况下开展悬臂板结构的主动振动控制实验,实验结果表明分布式控制系统对结构振动抑制作用明显,对部分主动元件失效工况的鲁棒性良好,也验证了智能组件控制器中的协同部分对结构振动抑制有增强效果。
刘志勇[3]（2020）在《空间反射面天线热变形主动调节与容错控制研究》文中认为为长时间不间断对地面进行高精度气象观测,需要在地球同步轨道上布置口径达5米,面板变形均方根（Root Mean Square,RMS）误差为几十微米的反射面天线。然而由于受到同步轨道热环境的影响,仅靠传统结构保型设计已不能达到上述指标要求。为此,需要采用主动调整机构来实现天线反射面保型。本文以此为背景,研究了主动调整机构位置布局优化、多主动调整机构的耦合控制与容错控制等内容。具体包含以下几个方面。1.提出了空间反射面天线主动调整机构布局优化模型。首先,以空间反射面天线面板支撑桁架的许用应力和反射面的许用应力为约束条件,以三个典型工况下反射面热变形均方根误差和最小为目标,建立主动调整机构位置优化模型。随后,针对优化模型设计变权值自适应模糊粒子群算法（Adaptive Fuzzy Particle Swarm Optimization,AFPSO）,进而确定了主动调整机构在支撑桁架上的理想位置。最后,在建立空间天线主动调整系统控制模型基础上,通过设计线性二次型（Linear Quadratic Regulator,LQR）控制器对空间天线反射面热变形进行调整。2.针对空间反射面天线主动调整系统控制模型中存在模型不确定性扰动问题,提出了一种基于参考模型的模糊神经网络强化学习控制策略,构造了动态强化学习动作函数,提高了强化学习动作值函数的迁移能力,抑制了控制系统中不确定性扰动变化。首先,该算法以主动调整系统理想控制模型为参考,利用强化学习算法来自适应修正参考模型与实际模型之间的误差,克服主动调整机构间的耦合和不确定性扰动的影响。其次,在强化学习算法中引入了模糊神经网络,将强化学习动作空间进行连续化处理,提高了强化学习动作的泛化能力与动作值函数的迁移能力,克服主动调整系统控制模型中不确定性扰动变化影响。3.针对空间反射面天线面板热变形调整过程中,模糊强化学习系统参数识别计算量大、算法复杂度高等问题,提出了一种基于模糊观测器的自适应解耦控制策略。首先,通过引入系统辅助状态,将各子回路之间的耦合影响和外界不确定性归结为干扰项。随后,针对每一个子回路设计了自构架模糊干扰观测器,在线自适应观测和估计干扰量,并将其反馈在控制律中,用来抵消干扰项的影响,在提高算法运算速度的同时,也保证了对含有扰动变化的实际模型的调整效果,最后通过李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性理论对其稳定性进行了分析。4.针对空间反射面天线主动调整系统中作动器故障信息的辨识问题,提出了自构架模糊无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter,UKF）故障估计与逼近方法。首先,将无故障压电陶瓷作动器控制方程转化为具有故障的等效标准状态空间方程。随后,利用自构架模糊UKF故障逼近方法对作动器故障信息进行逼近与辨识,并获得了故障信息曲线。最后,针对作动器故障信息,采用模糊聚类算法得到了作动器的故障阈值,实现了对单个作动器故障的判断。5.针对空间反射面天线主动调整系统中部分作动器故障下的容错控制问题,基于自适应控制理论研究了一种自适应容错控制策略。首先,通过设计一种自适应容错控制律,将其引入到主动调整系统参考模型控制律中,实现了在不需要故障检测与隔离机制的情况下,对主动调整系统中作动器故障在线实时检测,减小了作动器故障对空间天线反射面热变形调整精度的影响。其次,利用线性矩阵不等式（Linear Matrix Inequality,LMI）理论,优化了误差闭环系统的正常跟踪性能,使故障模型状态渐近跟踪理想模型,对作动器故障率进行了在线辨识。
金珊[4]（2019）在《大型挠性空间结构作动器/传感器布局优化与振动控制》文中提出随着航天事业的蓬勃发展,各种用途的挠性空间结构被广泛应用于空间飞行器及空间科学平合中,由于这些结构具有大挠性、固有频率低、自身阻尼弱、振动频率密集等非线性动力学特性。在配合中心体进行轨道变换和姿态调整的过程中,更易受到复杂空间环境中电磁辐射、太阳光压等环境干扰的激发,且不像传统小尺寸航天器及挠性附件,依靠自身阻尼很难在短时间内停止振动,容易造成航天器的定位、测量甚至导致结构失效。作为近年来工程领域中一项重要的新兴技术,主动振动控制技术是航空航天、道桥土木、勘探钻井和车辆等多个领域振动抑制的有效手段。本课题是以航天科研院所某型航天器挠性部件动力学建模及控制规律设计研究为背景,在此基础上加以总结和拓展主要内容包括:首先介绍了大型挠性空间结构相对中心体固定的挠性航天器系统动力学模型,采用有限元法和拉格朗日方法,建立了中心体与挠性空间结构系统的振动控制方程和测量方程,并基于Newton-Euler方法,给出了带挠性附件航天器系统方程;利用有限元分析方法,介绍了挠性空间结构拆分的杆、梁、板和集中质量等四类基本单元,建立挠性空间结构的模型并进行降阶处理;为后续系统结构设计和仿真分析奠定基础。针对大型挠性空间结构的作动器/传感器的布局设计,考虑到布局优化时,理论上尽可能多而密地分布传感器/作动器,能够获得更全面的模态信息,输出更强有力的控制作用,但如果布局数目和位置不合理,会使控制效果下降,增加系统能耗。以降阶模态建立系统结构的状态空间动力学方程式,从而得到系统模态控制力的能量相关矩阵,综合考虑系统的可控度/可观度和能量消耗两种重要指标,提出一种逐次消减的复合优化准则,并基于该准则对作动器/传感器的布局方案进行优化计算。针对遗传算法求解迭代过程中可能陷入局部次优解的问题,通过衡量群体的适应参数,使计算参数自适应地发生变化,从而求得全局最优解。针对挠性空间结构的主动振动抑制问题,设计了两种基于独立模态空间理论的振动抑制控制器。首先,设计模态滤波器,对从物理空间采集到的的模态信息进行预滤波处理;设计Luenberger观测器,从模态加速度中提取模态位移和模态变化率;其次,利用独立模态空间理论中各阶模态相互独立解耦的特性,分别设计了基于最优控制的独立模态空间控制器和基于H∞次优控制的独立模态空间控制器,构成了一个完整的挠性空间结构闭环主动振动控制系统。最后,建立大型挠性空间结构的振动控制系统仿真模型,模拟航天器中心体调整姿态和挠性结构受到空间环境瞬时冲击干扰情况下,控制系统的效果;对设计过程中出现的观测和控制溢出等问题进行分析,给出了初步的解决方案;分析了数值仿真结果,说明控制系统的可行性,并进行展望。
孙国辉[5]（2019）在《桁架式抛物柱面可展开天线的结构设计与分析》文中认为抛物柱面天线凭借其独特优势在降雨雷达、对地观测等领域得到广泛应用,但现有可展开柱面天线存在结构单一、展开性能不佳等缺陷。因此,本文结合桁架折展机构质轻、易折叠、扩展性强等优点,提出了桁架式抛物柱面可展开天线结构方案,针对其结构设计、索网找形、力学性能及样机实验等内容进行了深入研究。设计桁架式抛物柱面天线由方形桁架和抛物柱面索网构成,采用扭簧-驱动索实施展开驱动。桁架作为天线的主要支撑结构和展开机构,由四边形折展单元串接而成。通过分析结构参数与天线基频、质量的关系优化杆件尺寸,并根据功能需求设计三向关节接头内装配同步齿轮保证展开同步性,五向关节接头内装配滑轮保证驱动索的平滑传动。建立桁架运动学模型,采用三次多项式规划天线匀加速-匀速-匀减速的展开过程,通过数值算例对结构的对称性以及展开过程中竖杆的运动关系进行分析。抛物柱面索网由柱向索与平面索网片交替连接构成,平面索网片通过竖索张拉构成对称抛物线形,该连接方式有效降低了平面索网片间的耦合,便于形面精度的调整与保持。针对索网结构找形,一方面,采用等长直线逼近实现纯索网几何形状设计,结合奇异值分解和线性优化实现预紧力求解。另一方面,考虑桁架变形对索网形态的影响,采用ANSYS一阶优化算法实现形面精度和预紧力均匀性的双目标优化,优化后桁架变形降低69.86%,形面精度提高93.62%,预紧力均匀性提高47%。通过仿真技术对所提出结构的力学性能进行分析。首先,借助ADAMS对索网工作过程进行模拟仿真,结果表明各类索段经历松弛-拉伸-张紧过程后预紧力稳定在设定值,索网张紧形成抛物柱面。其次,通过ANSYS进行模态分析,得到天线基频为5.0925Hz,低阶模态表现为整体振动,高阶模态表现为局部索网振动。同时对影响固有频率的因素进行分析,得到改善天线振动频率的有效措施。为了验证本文所提天线结构方案的可行性,制作了尺寸为2054mm×1040mm×475mm的实验原理样机,测得样机折展比为8.40。基于固高控制器和安川电机搭建控制系统,并针对硬件电路和控制软件进行具体设计和开发。开展样机展开功能实验并测量驱动力,结果表明所提出天线结构设计可行、具备可展开性,但重力、摩擦等对样机的展开驱动具有严重影响。
王帅[6]（2019）在《基于控制力矩陀螺的大型空间结构分布式振动抑制》文中研究表明大型空间结构具有大尺度、轻质量、大柔性等动力学特征,由于空间中没有大气阻尼,一旦受到热辐射冲击、空间碎片冲击等外部干扰,所引起的结构振动很难在短时间内衰减。因此,需要对大型空间结构的动力学响应进行抑制。论文主要内容和工作如下:首先,应用有限元法和Lagrange方程,建立了含分布式控制力矩陀螺的大型空间结构的动力学方程。由于陀螺耦合效应,系统动力学方程的特征值和特征向量皆为复数形式,不便进行控制力矩陀螺的优化配置和控制律设计。为此,基于复模态理论,构造出一种实数域上的伪模态矩阵,从而实现方程解耦。然后,提出综合考虑结构振动能量、控制输入能量和传感器接收能量的复合优化准则,通过遗传算法获得控制力矩陀螺的全局位置最优配置。最后,基于控制力矩陀螺的最优配置位置,分别设计了线性二次型高斯最优控制器和H?鲁棒控制器,仿真算例表明,提出的优化配置算法和振动控制方法具有很好地效果。本文实现了含分布式控制力矩陀螺的大型空间结构有限元建模,优化了控制力矩陀螺的配置位置,设计了两种控制器对大型空间结构振动进行主动抑制,为大型空间结构的动响应控制提供了有效方法。
刘洋[7]（2018）在《基于波动理论的大型索网结构的主动控制策略研究》文中指出大型索网结构因具有质量轻、收纳率高、热稳定性好和展开后刚度大等优点,被广泛应用于空间可展开天线结构。由于质量轻、尺寸大,受到扰动后这种结构很容易产生振动并且难以在短时间内消除。如何快速有效地抑制大型索网结构的振动和波动响应,对提高系统的工作精度和效率、延长结构的使用寿命具有重要意义。本文基于波动理论,采用无理传递函数、Lax-Friedrichs算法、虚轴上的谱分析等方法,对大型索网结构的主动控制策略进行研究。论文的主要工作如下:（1）采用图论中的关联矩阵描述索网结构的连接方式,通过将索网结构等效为一维波网络系统对其出平面动力学进行建模。给出了外力到结构任意一点位移的无理传递函数的推导方法,提出无理传递函数基于朱莉判据的稳定性分析方法。通过将无理传递函数改写为串联形式,将指数项当作延时环节处理,将分母上的指数多项式当作反馈处理,得到了索网结构无理传递函数的Simulink仿真模型。考虑干扰和控制作用以及多种边界条件,将索网结构的动力学模型表示成向量的形式,采用Lax-Friedrichs算法推导了波在索网结构中传播的递推计算公式,用于研究波在索网结构中的传播规律并验证索网结构振动和波动控制方法的有效性。（2）针对来自索网结构外边界的干扰,提出了基于波动理论的边界控制策略。当索网结构的所有边界节点都施加边界波动控制时,推导了外边界的干扰到结构位移的无理传递函数。通过对所得到的无理传递函数进行极点分析发现,边界波动控制可以使所有的柔性模态对应的极点都具有负实部,因而可以完全抑制来自索网结构外边界的干扰引起的振动。当索网结构除部分边界节点外、其他所有边界节点都施加边界波动控制时,推导了外边界的干扰到结构位移的无理传递函数。通过对所得到的无理传递函数进行极点分析发现,对于受边界波动控制的弦,施加在其上的干扰引起的结构振动依然能够被彻底抑制,而没有施加控制的弦上的扰动引起的结构振动可能无法得到抑制。（3）针对来自索网结构内部的干扰,基于无理传递函数分析方法,研究了索网结构边界波吸收控制策略的有效性。当在索网结构的所有边界节点施加边界波吸收控制时,推导了内部节点和内部弦上的干扰力到结构位移的无理传递函数。通过对无理传递函数进行极点分析发现,当干扰加在内部节点上时,闭环系统的所有柔性模态对应的极点都位于左半s平面;而当干扰来自内部弦上时,对于所有回路节点处相邻弦的波速比都为有理数的索网结构,相应的闭环系统仍然有很多柔性模态对应的极点位于虚数轴上。即边界波吸收控制能够阻止内部节点上的干扰引起的振动的形成,而当所有回路节点处相邻弦的波速比都为有理数时,边界波吸收控制无法抑制内部弦上的干扰引起的振动。由无理传递函数出发,对索网结构进行了模态分析。当索网结构中回路节点处相邻弦的波速比不为无理数时,结构就含有内部节点为振型驻点的模态,且这些节点和节点所在的弦会形成闭合回路。如果索网结构含有这样的模态,那么边界波吸收控制便无法抑制回路上的干扰引起的结构振动。（4）针对索网结构任意位置的干扰,提出基于生成树理论的控制器设计方法。通过建立合适的Hilbert空间,将索网结构的闭环运动方程写成抽象状态空间形式,采用虚轴上的谱分析方法,对闭环系统的稳定性进行了证明。提出了一种验证控制器是否有效的图示法。如果图示法能够推出控制器作用下的闭环系统在虚轴上不存在特征根,那么所设计的控制器便可以使结构渐进稳定。图示法为进一步减少控制器的个数提供了快速有效的分析手段。将基于生成树理论的控制器设计方法应用于大型索网结构的振动控制中,结合所提出的图示法,通过选择结构的材料参数和设计控制器可实现对来自结构任意位置的干扰的抑制,从而,有效避免结构中出现残余振动。
王作为[8]（2015）在《大型空间索网—框架组合结构形面精度保持设计方法》文中研究表明索网-框架组合结构是国内外目前正在研制和规划的、实现航天器任务目标的一大类关键结构,其柔性索网结构在内部张力和支撑框架的共同作用下形成满足精度要求的形状。空间索网-框架组合结构存在大柔性、非线性以及多学科耦合等问题,加之工作于热场、力场、电场等多场耦合和大动载等极端恶劣工况,导致结构性能保障设计面临前所未有的挑战。此外,为了满足空间攻防、在轨建设以及轨道机动的迫切需求,空间索网-框架组合结构朝着大尺度、高精度、高频段方向发展,其大型化发展需求与展开锁定后功能形面精度之间是矛盾的。为此,论文从拓扑构型的静力确定性与形面主动控制的环境适应性两方面,系统研究了索网-框架组合结构拓扑构型综合、非线性动力学分析以及空间工作环境下形面主动控制的相关理论和关键技术。主要研究内容与成果总结如下:为了保证网状形面在外荷载作用下的长期尺度稳定性,研究了索网-框架组合结构拓扑构型综合方法。阐述了广义Maxwell准则以及四种结构体系的划分原则与数学内涵。基于广义Maxwell准则,提出了AstroMesh天线与伞状天线的静力与运动确定性网面拓扑构型生成方法。综合出了14种新型AstroMesh天线以及3种新型伞状天线的静力与运动确定性网面拓扑构型。为了解决高的静态形面精度保持问题,研究了索网结构形面主动调整方法。从系统集成设计思路出发,将压电陶瓷作动器与柔性索相集成,形成柔性主动索网结构。基于有限元法,建立了柔性主动索网结构的集成建模方法,提出了索网结构形面主动调整模型:无约束的解析解和约束的二次优化策略与极小极大策略。仿真结果表明通过施加合理的作动电压,主动索能够极大提高索网结构形面精度。此外,二次优化策略的调整效果与计算效率均优于极小极大策略。为了探究索网结构非线性振动特性对形面精度影响,研究了空间索网结构非线性动力学建模与内共振分析。考虑预张力与几何非线性的影响,建立了空间索网结构包含平方和立方位移非线性的动力学方程。推导了单自由度共振下索网结构许用动态负载表达式,包括三种共振情况:弱激励主共振、强激励超谐波共振、强激励次谐波共振。研究了索网结构两自由度1:1内共振的稳态位移二阶渐进解以及解的稳定性。仿真结果表明索网结构几何非线性对其动力学响应有较大影响,且响应依赖于初始条件、频响曲线弯曲程度与跳跃现象。为了揭示空间工作环境下索网-框架组合结构的非线性振动特性,研究了索网-框架组合结构的热-弹耦合动力学建模与参数共振分析。通过将结构应变考虑为热应变和弹性应变的线性叠加,建立索网-框架组合结构热-弹耦合动力学方程。利用多尺度扰动技术,同时考虑外激励主共振、1:2内共振以及1:2热参数共振,推导了结构稳态共振位移的一阶渐进解以及节点与单元的非线性功率流解析表达式。仿真结果表明与立方非线性相比,平方非线性对索网-框架组合结构的热致非线性振动影响更大,且验证了索网-框架组合结构非线性响应存在饱和、分岔等现象。为了解决高的动态形面精度控制问题,研究了空间索网结构的主动控制策略。基于索结构波动方程,推导了表征索力与位移传递关系的波导方程,借助行波分析方法,通过力平衡条件和位移协调条件,建立了柔性索网结构的行波动力学模型。其次,根据波吸收原理,以被控制点的净功率流加权和最小为目标,建立了波动主动控制优化模型。利用波动控制力和模态阻尼、固有频率间的映射关系,以扰动到评价输出闭环传递函数的二范数最小为目标,建立了波动/模态复合主动控制优化模型。研究结果表明行波法比传统有限元法形式更简单、计算精度与效率更高。复合主动控制能有效解决传统模态控制的高频溢出和模态截断问题,且能给出更宽频带的鲁棒控制。
秦宝亮[9]（2014）在《基于压电作动器的大型空间索网结构动力学分析与振动控制》文中认为大型空间索网结构由于折叠体积小、质量轻、展开后口径大等特点,广泛应用于信号传输、对地观测、深空探测等领域,是世界各国争相研究的热点。由于柔性大,刚度低、阻尼小,一旦受到空间扰动将会长时振荡影响在轨运行精度,因此进行有效的振动主动控制至关重要。首先,采用力密度法对给定几何形态的三向抛物面索网进行了找形分析,并基于复位平衡法确定了均匀分布的索网预拉力。利用有限元法建立了基于预拉力索应力刚化效应及压电作动器等效“压电叠堆-弹簧”力学模型的压电智能索耦合动力学方程。然后,研究了含作动器/传感器的压电智能索的优化配置。在降阶的模态坐标下建立状态空间形式的结构动力学方程,得到模态控制力能量自相关矩阵,并根据该矩阵的秩来优化同位配置的作动器/传感器数目。根据系统总储能积分最小、传感器接收信号能量最大的复合优化准则,利用基于字典序排列组合编码的遗传算法获得作动器/传感器全局最优配置的位置。随后,基于索网动力学方程状态空间描述设计了LQG控制器;建立了含刚度不确定性的索网结构广义受控对象,并通过浮点数编码遗传算法优化得到闭环系统加权函数参数,分析了H?混合灵敏度控制器的鲁棒稳定性;进一步设计了?综合控制器,发现在相同的结构不确定下,?综合控制器有效的降低了控制器保守性,确保了系统的鲁棒稳定性及鲁棒性能;最后就三种控制器的控制效果进行了对比分析,综合考虑选取?综合控制器;针对控制器阶数过高,用Hankle范数近似法对控制器进行了降阶。本文实现了大型空间索网结构的预拉力确定及有限元动力学建模,优化了作动器/传感器数目/配置位置,基于此得到参数优化的加权函数,进一步设计了确保闭环系统鲁棒稳定性及鲁棒性能的主动控制器。
耿飞[10]（2014）在《复杂卫星大型柔性体作动器/传感器优化配置分析》文中指出复杂卫星大型柔性体的作动器/传感器位置配置与数目确定一直以来是航空航天领域研究的热点之一。若考虑到作动器/传感器的经济成本和柔性体本身的复杂度，则研究如何以最少的作动器/传感器数目和其最优的配置位置实现柔性体的振动控制，具有非常重要的实用价值。本文以典型的柔性体太阳能帆板为研究对象，分析了压电作动器/传感器与太阳能帆板的耦合关系并推导了耦合方程。针对卫星太阳能帆板的作动器/传感器的优化配置问题，提出了基于系统可控/可观性的优化方法。通过可控/可观性Gram阵的分块解析形式，避免了求解高阶李雅普诺夫矩阵方程。分析可控/可观性的特殊性，提出了作动器/传感器的优化配置准则。为快速寻找到作动器/传感器的最优配置位置，本文采用遗传算法，解决了遍历过程中耗时、耗资源的问题。针对传统遗传算法的局部收敛和发散现象，本文提出了自适应调整遗传算子的改进遗传算法。本文通过采用自适应调整遗传算法中的交叉概率与变异概率并结合优秀个体保护的策略，克服了传统遗传算法中的局部收敛和发散现象的缺陷。实际算例的仿真结果表明，自适应调整遗传算子和优秀个体保护相结合的改进遗传算法对于太阳能帆板的作动器/传感器位置配置优化是有效的。
二、大型空间网状天线反射面在轨控制中的作动器/传感器优化配置研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、大型空间网状天线反射面在轨控制中的作动器/传感器优化配置研究（论文提纲范文）
（1）星载天线反射器高精度形面主动控制方法与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外相关工作研究进展 |
| 1.2.1 天线反射器形面主动控制结构形式与方法 |
| 1.2.2 压电结构力学建模 |
| 1.2.3 作动器优化配置 |
| 1.2.4 天线反射器形面主动控制实验系统 |
| 1.3 本文主要研究思路 |
| 2 格栅反射器基体结构/压电作动器一体化建模与热变形分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 模型描述 |
| 2.3 格栅反射器结构有限元模型 |
| 2.3.1 基体结构单元静力学方程 |
| 2.3.2 压电作动器单元静力学方程 |
| 2.3.3 整体静力学方程 |
| 2.3.4 有限元模型ANSYS实现 |
| 2.4 有限元模型验证 |
| 2.4.1 实验模型描述 |
| 2.4.2 静态变形实验 |
| 2.5 在轨热变形分析 |
| 2.5.1 近似反射器在轨温度场 |
| 2.5.2 反射器热变形 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 反射器高精度闭环形面主动控制 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 影响系数矩阵 |
| 3.3 基于最小二乘法的闭环形面主动控制 |
| 3.3.1 控制方法 |
| 3.3.2 数值仿真与实验验证 |
| 3.4 基于反馈误差学习的闭环形面主动控制 |
| 3.4.1 控制方法 |
| 3.4.2 数值仿真与实验验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 限定电源数量的反射器形面主动控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 电源数量约束下的面外位移描述 |
| 4.3 RMS误差最小的形面主动控制方法 |
| 4.3.1 数学描述 |
| 4.3.2 优化流程 |
| 4.3.3 数值仿真 |
| 4.4 控制耗能最小的形面主动控制方法 |
| 4.4.1 数学描述 |
| 4.4.2 优化流程 |
| 4.4.3 数值仿真 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 反射器形面主动控制实验系统设计与验证 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 关键问题与解决方案 |
| 5.3 形面主动控制实验系统 |
| 5.3.1 主要设备 |
| 5.3.2 实验系统集成 |
| 5.4 提高测量精度措施 |
| 5.5 线性关系验证与影响系数矩阵 |
| 5.6 控制方法验证 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间参与的科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（2）大型空间结构在轨组装阶段的分布式振动控制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与研究意义 |
| 1.2 国内外相关研究工作进展 |
| 1.2.1 大型空间结构及其在轨组装技术 |
| 1.2.2 在轨动力学建模与分析 |
| 1.2.3 在轨组装任务规划 |
| 1.2.4 主动振动控制 |
| 1.2.5 分布式主动控制 |
| 1.3 本文研究思路与研究内容 |
| 2 模块化大型空间结构在轨组装阶段的动力学建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 模型描述 |
| 2.3 空间结构整体的动力学建模 |
| 2.3.1 组装模块的基础模型库 |
| 2.3.2 动力学建模 |
| 2.3.3 在轨组装阶段的动力学模型更新 |
| 2.4 动力学分析 |
| 2.4.1 平面板式大型空间结构 |
| 2.4.2 桁架式大型空间结构 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 减小空间结构振动的多约束组装序列规划 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 序列规划问题描述 |
| 3.2.1 模型描述 |
| 3.2.2 规划流程描述 |
| 3.3 序列规划结果与讨论 |
| 3.3.1 平面板式大型空间结构 |
| 3.3.2 桁架式大型空间结构 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 面向分布式控制的动力学建模与自适应协同控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 面向分布式控制的动力学建模 |
| 4.2.1 分布式控制策略描述 |
| 4.2.2 智能组件及其面向分布式控制的动力学模型 |
| 4.2.3 在轨组装阶段面向分布式控制的动力学模型更新 |
| 4.3 分布式自适应协同控制系统设计 |
| 4.3.1 智能组件的协同控制器 |
| 4.3.2 控制系统的自适应更新策略 |
| 4.3.3 控制系统的稳定性分析 |
| 4.4 数值仿真 |
| 4.4.1 分布式自适应PD协同控制系统 |
| 4.4.2 分布式自适应最优协同控制系统 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 提升控制系统计算效率的分布式自适应快速模型预测控制 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 集中式快速模型预测控制 |
| 5.3 分布式自适应快速模型预测控制 |
| 5.3.1 基于Newmark-β方法的智能组件离散状态表达 |
| 5.3.2 智能组件的快速模型预测控制器 |
| 5.3.3 控制系统的自适应更新策略 |
| 5.4 数值仿真 |
| 5.4.1 控制系统的可行性验证 |
| 5.4.2 控制系统的鲁棒性验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 分布式主动振动控制实验 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验平台描述 |
| 6.3 模块化空间结构的建模方法验证 |
| 6.3.1 压电悬臂板结构的动力学建模 |
| 6.3.2 模态分析实验 |
| 6.3.3 静态变形实验 |
| 6.4 分布式主动振动控制方法验证 |
| 6.4.1 自由振动实验 |
| 6.4.2 主动振动控制实验 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（3）空间反射面天线热变形主动调节与容错控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 本课题研究背景 |
| 1.2 反射面天线主动调整系统现状 |
| 1.3 主动调整系统控制策略研究现状 |
| 1.3.1 多变量耦合系统控制策略研究现状 |
| 1.3.2 多变量不确定性系统控制策略研究现状 |
| 1.4 多输入多输出系统容错控制研究现状 |
| 1.4.1 被动容错控制技术 |
| 1.4.2 主动容错控制技术 |
| 1.5 本文主要工作及创新点 |
| 第二章 空间反射面天线主动调整机构布局与控制 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 空间反射面天线主动调整机构布局优化 |
| 2.2.1 空间反射面天线主动调整机构简介与温度场分析 |
| 2.2.2 空间反射面天线主动调整机构位置优化模型建立 |
| 2.2.3 优化模型的AFPSO求解 |
| 2.2.4 主动调整机构位置求解 |
| 2.3 空间反射面天线主动调整系统建模 |
| 2.4 基于LQR离散多变量系统控制方法 |
| 2.5 仿真分析 |
| 2.5.1 基于LQR离散多变量控制 |
| 2.5.2 基于LQR离散多变量控制鲁棒性仿真分析 |
| 2.6 小结 |
| 第三章 基于参考模型的模糊神经网络强化学习控制 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于参考模型的强化学习控制 |
| 3.2.1 基于参考模型的强化学习控制 |
| 3.2.2 基于强化学习的修正项求解 |
| 3.3 基于参考模型的模糊神经网络强化学习控制策略 |
| 3.4 仿真分析 |
| 3.4.2 参数改进 |
| 3.4.3 参数仿真验证 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 基于模糊观测器的自适应解耦控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于模糊观测器的自适应解耦控制 |
| 4.2.1 不确定性多变量耦合系统解耦 |
| 4.2.2 自构架模糊干扰观测器设计 |
| 4.3 仿真分析 |
| 4.3.1 基于模糊观测器的自适应解耦控制仿真分析 |
| 4.3.2 基于不同扰动量仿真分析 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 调整机构故障函数辨识 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 作动器故障模型建立 |
| 5.3 自构架模糊UKF故障逼近 |
| 5.3.1 故障状态UKF估计 |
| 5.3.2 自构架模糊UKF故障逼近 |
| 5.4 故障分类 |
| 5.5 仿真分析 |
| 5.6 小结 |
| 第六章 主动调整机构自适应容错控制 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 自适应容错控制策略设计 |
| 6.3 仿真分析 |
| 6.3.2 主动调整机构故障仿真分析 |
| 6.3.3 主动调整机构失效仿真分析 |
| 6.4 小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（4）大型挠性空间结构作动器/传感器布局优化与振动控制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外研究状况 |
| 1.2.1 作动器/传感器布局优化研究现状 |
| 1.2.2 大型挠性空间结构振动控制研究现状 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 第2章 大型挠性空间结构有限元模型与模型降阶 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 带挠性附件的航天器系统模型 |
| 2.3 有限元分析建模方法 |
| 2.3.1 基本单元有限元建模 |
| 2.3.2 挠性空间结构有限元模型 |
| 2.4 大型挠性空间结构模型降阶 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 作动器/传感器布局优化方案设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于逐步消减的作动器/传感器布局优化 |
| 3.3 作动器/传感器布局优化求解的自适应遗传算法 |
| 3.4 作动器/传感器布局优化的桁架算例 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 挠性空间结构主动振动控制器设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 独立模态空间控制理论 |
| 4.2.1 挠性空间结构系统的模态空间方程 |
| 4.2.2 测量和控制过程方程 |
| 4.3 基于系统频率响应的模态滤波器设计 |
| 4.3.1 基于系统频率响应的模态滤波器设计 |
| 4.3.2 模态滤波器对模态加速度的跟踪仿真 |
| 4.4 模态参数获取的Luenberger观测器设计 |
| 4.4.1 被控模态的Luenberger观测器设计 |
| 4.4.2 模态观测器对模态参数的估计仿真 |
| 4.5 基于最优控制的独立模态空间控制器 |
| 4.6 基于H∞次优控制的独立模态空间控制器 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 挠性空间结构振动控制仿真 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 仿真模型和参数 |
| 5.3 仿真结果和分析 |
| 5.3.1 桁架结构受控振动仿真 |
| 5.3.2 帆板结构受控振动仿真 |
| 5.4 溢出问题影响分析 |
| 5.4.1 观测溢出与控制溢出 |
| 5.4.2 溢出抑制 |
| 5.5 密集模态影响分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（5）桁架式抛物柱面可展开天线的结构设计与分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源、研究背景及意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 研究背景及意义 |
| 1.2 可展开星载天线结构形式 |
| 1.2.1 可展开天线分类、结构特点及应用 |
| 1.2.2 现有反射面天线性能对比 |
| 1.2.3 可展开机构单元简析 |
| 1.3 星载柱面天线研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第二章 桁架式抛物柱面天线结构组成及展开机构设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 桁架式抛物柱面天线结构组成 |
| 2.3 方形桁架展开机构设计与分析 |
| 2.3.1 单元展开原理与驱动方式 |
| 2.3.2 杆件结构参数确定 |
| 2.3.3 关节机构设计 |
| 2.4 展开机构运动学分析 |
| 2.4.1 方形桁架机构运动学建模 |
| 2.4.2 速度、加速度分析 |
| 2.4.3 数值算例分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 抛物柱面索网找形设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 抛物柱面索网构型 |
| 3.3 抛物柱面索网找形分析 |
| 3.3.1 抛物线索段划分 |
| 3.3.2 索段预紧力设计 |
| 3.3.3 数值算例分析 |
| 3.4 考虑桁架变形的索网找形研究 |
| 3.4.1 桁架变形对索网形态影响分析 |
| 3.4.2 考虑桁架变形的预紧力优化 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 桁架式抛物柱面天线力学性能仿真分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 天线虚拟样机仿真分析 |
| 4.2.1 桁架式抛物柱面天线虚拟样机建模 |
| 4.2.2 展开运动仿真分析 |
| 4.2.3 索网张力作用过程分析 |
| 4.3 天线动力学特性有限元分析 |
| 4.3.1 天线完全展开状态模态分析 |
| 4.3.2 固有频率影响因素分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 原理样机加工制作与实验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 原理样机加工制作 |
| 5.3 控制系统设计与搭建 |
| 5.3.1 控制系统构成 |
| 5.3.2 控制系统硬件设计 |
| 5.3.3 控制系统软件设计 |
| 5.4 原理样机展开实验 |
| 5.4.1 展开功能验证实验 |
| 5.4.2 驱动力测试实验 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（6）基于控制力矩陀螺的大型空间结构分布式振动抑制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 大型空间结构简介 |
| 1.3 控制力矩陀螺研究现状 |
| 1.4 作动器/传感器的优化配置 |
| 1.5 振动主动控制研究现状 |
| 1.6 本文研究内容与结构安排 |
| 第二章 陀螺柔性体结构动力学建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 控制力矩陀螺和空间桁架结构 |
| 2.2.1 控制力矩陀螺 |
| 2.2.2 空间桁架结构 |
| 2.3 陀螺柔性体结构有限元建模 |
| 2.4 陀螺柔性体结构固有振动 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 基于复模态理论的控制力矩陀螺优化配置 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 陀螺柔性体复模态理论 |
| 3.3 作动器/传感器位置优化准则 |
| 3.4 优化配置的遗传算法 |
| 3.4.1 遗传算法简介 |
| 3.4.2 遗传算法的组成部分 |
| 3.5 环形桁架结构优化配置 |
| 3.5.1 遗传算法修正 |
| 3.5.2 遗传算法参数选择及配置结果 |
| 3.6 小结 |
| 第四章 空间桁架结构振动主动控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 线性二次型高斯最优控制 |
| 4.2.1 线性二次型最优控制 |
| 4.2.2 卡尔曼滤波器设计 |
| 4.2.3 算例 |
| 4.3 H_∞最优控制 |
| 4.3.1 标准H_∞控制问题 |
| 4.3.2 算例 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本文的主要工作内容 |
| 5.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间发表的学术论文 |
（7）基于波动理论的大型索网结构的主动控制策略研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要符号对照表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究的课题来源、背景和意义 |
| 1.2 典型的大型索网结构 |
| 1.2.1 可展开网状天线的张力索网结构 |
| 1.2.2 射电望远镜的张力索网结构 |
| 1.3 索网结构建模和响应分析方法的研究现状 |
| 1.4 柔性结构波动控制的研究现状 |
| 1.4.1 基本连续体波动控制的研究现状 |
| 1.4.2 多连接柔性结构波动控制的研究现状 |
| 1.4.3 波网络系统控制的研究现状 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 第2章 索网结构动力学建模及分析 |
| 2.1 索网结构出平面动力学建模 |
| 2.1.1 模型描述和假设 |
| 2.1.2 索网结构出平面的动力学模型 |
| 2.1.3 索网结构动力学模型的向量表示形式 |
| 2.2 基于无理传递函数的索网结构稳定性分析 |
| 2.2.1 无理传递函数相关理论 |
| 2.2.2 索网结构的无理传递函数 |
| 2.2.3 索网结构无理传递函数的稳定性分析方法 |
| 2.2.4 无理传递函数的Simulink仿真模型 |
| 2.3 基于Lax-Friedrichs算法的索网结构波传播问题的求解 |
| 2.3.1 单根弦波传播的求解算法 |
| 2.3.2 索网结构波传播的求解算法 |
| 2.3.3 索网结构总能量的计算方法 |
| 2.4 仿真算例 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于波动理论的索网结构的边界控制 |
| 3.1 问题描述 |
| 3.2 边界波动控制策略 |
| 3.3 边界波动控制稳定性分析 |
| 3.3.1 扰动施加在索网外部节点的情况 |
| 3.3.2 扰动施加在索网外部边上的情况 |
| 3.4 仿真算例 |
| 3.4.1 索网结构参数相同的情况 |
| 3.4.2 索网结构参数不相同的情况 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 边界控制对索网结构内部扰动的抑制 |
| 4.1 边界控制对含单回路的索网结构内部干扰的抑制 |
| 4.1.1 边界控制作用下含单回路的索网结构的传递函数分析 |
| 4.1.2 含单回路的索网结构的模态分析 |
| 4.2 边界控制对3×3正交索网结构内部干扰的抑制 |
| 4.2.1 边界控制作用下3×3正交索网结构的传递函数分析 |
| 4.2.2 3 ×3正交索网结构的模态分析 |
| 4.3 边界控制对大型复杂索网结构内部干扰的抑制 |
| 4.3.1 边界控制对含不同参数的3×3正交索网结构内部干扰的抑制 |
| 4.3.2 边界控制对具有三角形形面的索网结构内部干扰的抑制 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于生成树理论的索网结构的控制器设计 |
| 5.1 分布参数系统控制的基本概念和理论 |
| 5.1.1 C_0-半群及其生成理论 |
| 5.1.2 线性算子的谱 |
| 5.2 索网结构动力学模型的生成树描述形式 |
| 5.2.1 图的相关定义 |
| 5.2.2 索网结构动力学模型的“生成树”+“基础回路边”描述形式 |
| 5.3 基于生成树理论的多回路索网结构的控制器设计方法 |
| 5.3.1 控制器设计的基本思想 |
| 5.3.2 基于生成树理论的控制器设计方法 |
| 5.4 稳定性证明 |
| 5.4.1 闭环系统的抽象状态空间方程 |
| 5.4.2 虚轴上的谱分析 |
| 5.5 基于生成树理论的控制器设计应用举例 |
| 5.5.1 带单三角形回路的索网结构的控制器设计 |
| 5.5.2 3 ×3正交索网结构的控制器设计 |
| 5.5.3 不规则索网结构的控制器设计 |
| 5.5.4 大型索网结构的控制器设计 |
| 5.6 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表论文及参加科研情况 |
| 致谢 |
（8）大型空间索网—框架组合结构形面精度保持设计方法（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及分析 |
| 1.2.1 索网-框架组合结构静力学研究现状 |
| 1.2.2 索网-框架组合结构动力学研究现状 |
| 1.3 当前研究存在的问题 |
| 1.4 研究内容与关键问题 |
| 1.5 论文组织与结构安排 |
| 第二章 索网-框架组合结构拓扑构型综合 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 广义Maxwell准则 |
| 2.3 网状反射面结构分段数 |
| 2.4 AstroMesh天线拓扑构型研究 |
| 2.4.1 天线结构静力与运动特性 |
| 2.4.2 网面拓扑构型综合方法 |
| 2.4.3 静力与运动确定性网面构型 |
| 2.5 伞状天线拓扑构型研究 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 空间索网结构形面主动调整 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 索网结构有限元建模 |
| 3.2.1 被动索结构建模 |
| 3.2.2 压电陶瓷作动器建模 |
| 3.2.3 主动索结构集成建模 |
| 3.3 索网结构形面主动调整 |
| 3.3.1 形面主动调整目标 |
| 3.3.2 形面主动调整建模与求解 |
| 3.4 索网反射面主动调整案例 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 空间索网结构非线性动力学分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 索网结构非线性动力学建模 |
| 4.2.1 索网结构耦合动力学建模 |
| 4.2.2 索网结构动力学方程解耦 |
| 4.2.3 索网结构动力学模型验证 |
| 4.3 索网结构单自由度非线性分析 |
| 4.3.1 单自由度弱激励主共振 |
| 4.3.2 单自由度强激励超谐波共振 |
| 4.3.3 单自由度强激励次谐波共振 |
| 4.3.4 索网反射面单自由度共振案例 |
| 4.4 索网结构多自由度内共振分析 |
| 4.4.1 索网结构稳态共振二阶渐进解 |
| 4.4.2 索网结构共振响应与稳定性分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 索网-框架组合结构热参数共振 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 索网-框架组合结构热-弹耦合动力学建模 |
| 5.2.1 索结构热-弹耦合动力学建模 |
| 5.2.2 梁结构热-弹耦合动力学建模 |
| 5.2.3 组合结构热-弹耦合动力学方程 |
| 5.2.4 热-弹耦合动力学模型验证 |
| 5.3 索网-框架组合结构多尺度扰动分析 |
| 5.3.1 索网-框架组合结构稳态共振一阶渐近解 |
| 5.3.2 索网-框架组合结构共振响应与稳定性分析 |
| 5.4 索网-框架组合结构非线性功率流 |
| 5.4.1 组合结构节点与单元功率流 |
| 5.4.2 平面索网-框架组合结构案例 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 索网结构波动动力学与主动控制 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 索网结构行波动力学建模 |
| 6.2.1 索结构波导方程 |
| 6.2.2 索网结构行波模型 |
| 6.2.3 行波动力学模型验证 |
| 6.3 索网结构波动/模态复合控制 |
| 6.3.1 波动主动控制建模 |
| 6.3.2 波动/模态复合控制建模 |
| 6.4 复合主动控制案例 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 研究总结 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（9）基于压电作动器的大型空间索网结构动力学分析与振动控制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 抛物面型空间可展天线 |
| 1.2.1 固体反射面天线 |
| 1.2.2 网状反射面天线 |
| 1.2.3 充气反射面天线 |
| 1.3 作动器/传感器的优化布置 |
| 1.4 基于压电作动器的振动主动控制研究 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第二章 大型索网结构找形及预拉力确定 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 索网天线组网方式选取 |
| 2.3 索网结构形态分析方法介绍 |
| 2.3.1 动力松弛法 |
| 2.3.2 非线性有限元法 |
| 2.3.3 力密度法 |
| 2.4 索网力密度法找形分析 |
| 2.4.1 力密度法基本方程 |
| 2.4.2 找形分析算例 |
| 2.5 索网天线预拉力确定的复位平衡法 |
| 2.5.1 复位平衡法的收敛准则 |
| 2.5.2 六环三向索网预拉力确定 |
| 2.6 小结 |
| 第三章 含压电作动器智能索网结构耦合动力学建模 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 预拉力索单元有限元建模 |
| 3.3 压电作动器作动模型 |
| 3.3.1 绝热压电方程 |
| 3.3.2 压电叠堆建模 |
| 3.3.3 压电作动器机电耦合有限元建模 |
| 3.4 压电智能索机电耦合动力学模型 |
| 3.5 单元坐标系与整体坐标系坐标转换 |
| 3.6 智能索及索网ANSYS建模分析 |
| 3.6.1 压电叠堆力学模型验证 |
| 3.6.2 前张力索网ANSYS有限元建模及模态分析 |
| 3.7 小结 |
| 第四章 基于字典序排列遗传算法的作动器/传感器配置优化 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 索网结构模型及优化准则的建立 |
| 4.2.1 空间索网结构动力学模态截断 |
| 4.2.2 作动器/传感器数目优化准则 |
| 4.2.3 作动器/传感器位置复合优化准则 |
| 4.3 作动器/传感器位置优化配置求解的遗传算法 |
| 4.3.1 遗传算法简介 |
| 4.3.2 常用二进制编码遗传算法操作 |
| 4.3.3 基于字典序排列的组合编码 |
| 4.4 空间索网结构配置优化应用 |
| 4.4.1 压电智能索数目优化 |
| 4.4.2 前张力索网作动器/传感器位置优化仿真 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 基于优化位置的索网振动主动控制 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 线性二次型高斯(LQG)最优控制 |
| 5.2.1 线性二次型(LQR)最优控制 |
| 5.2.2 卡尔曼滤波器设计 |
| 5.2.3 空间索网结构LQG控制仿真 |
| 5.3 基于遗传算法参数优化的H_∞混合灵敏度控制设计 |
| 5.3.1 H_∞标准问题 |
| 5.3.2 含刚度不确定性的索网广义受控对象建模 |
| 5.3.3 H_∞混合灵敏度控制器设计 |
| 5.3.4 加权函数的参数选取 |
| 5.3.5 闭环系统加权函数的遗传算法优化 |
| 5.3.6 H_∞控制器的鲁棒稳定性 |
| 5.4 μ综合控制器设计 |
| 5.4.1 D-K迭代 |
| 5.4.2 μ综合控制器的鲁棒稳定性及鲁棒性能 |
| 5.5 三种控制器控制效果对比分析 |
| 5.5.1 μ综合与H_∞控制器对比 |
| 5.5.2 μ综合与LQG控制器对比 |
| 5.6 μ综合控制器的模型降阶 |
| 5.7 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本文的主要工作与贡献 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 在学期间发表的学术论文 |
（10）复杂卫星大型柔性体作动器/传感器优化配置分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| 图录 |
| 表录 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 大型柔性体的国内外研究状况 |
| 1.2.1 太阳能帆板的组成与分类 |
| 1.2.2 太阳能帆板的应用 |
| 1.3 作动器/传感器的研究现状 |
| 1.4 优化算法简要介绍 |
| 1.4.1 优化算法的分类 |
| 1.4.2 遗传算法的概念与应用 |
| 1.4.3 遗传算法的研究现状 |
| 1.5 论文的主要内容与章节安排 |
| 第二章 作动器/传感器配置相关数学模型 |
| 2.1 作动器/传感器优化配置问题的数学描述 |
| 2.2 压电柔性梁、板结构的动力学模型 |
| 2.2.1 压电柔性梁结构的横向振动 |
| 2.2.2 压电柔性梁结构的模态分析 |
| 2.2.3 压电柔性梁结构的传递函数 |
| 2.2.4 压电柔性梁结构的模态状态方程 |
| 2.2.5 压电柔性板结构的横向振动 |
| 2.2.6 压电柔性板结构的模态分析 |
| 2.2.7 压电柔性板结构的传递函数 |
| 2.2.8 压电柔性板结构的模态状态方程 |
| 2.3 可控/可观的 Gram 阵 |
| 2.3.1 可控 Gram 阵的解析形式 |
| 2.3.2 可观 Gram 阵的解析形式 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 作动器/传感器优化配置准则 |
| 3.1 振动控制中作动器/传感器优化配置准则 |
| 3.1.1 基于系统失效的配置准则 |
| 3.1.2 基于系统能量的配置准则 |
| 3.1.3 基于系统可控/可观性的配置准则 |
| 3.1.4 基于其他性能指标的配置准则 |
| 3.2 作动器/传感器的优化配置计算方法 |
| 3.3 优化准则的选择 |
| 3.3.1 密频系统可控/可观度的特殊性 |
| 3.3.2 作动器的优化准则 |
| 3.3.3 传感器的优化准则 |
| 3.4 作动器/传感器最优配置位置实例仿真 |
| 3.4.1 作动器最优配置位置的实例仿真 |
| 3.4.2 传感器最优配置位置的实例仿真 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 作动器/传感器配置优化算法 |
| 4.1 经典优化算法 |
| 4.2 遗传算法的基本过程 |
| 4.3 遗传算法的收敛性分析 |
| 4.4 遗传算法的参数的选择 |
| 4.5 遗传算法的不足与改进 |
| 4.5.1 遗传算法的不足 |
| 4.5.2 遗传算法的改进 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 作动器/传感器配置优化实例分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 作动器配置优化算法仿真 |
| 5.2.1 遍历法 |
| 5.2.2 传统遗传算法实例仿真 |
| 5.2.3 改进遗传算法实例仿真 |
| 5.2.4 作动器仿真结果比较 |
| 5.3 传感器配置优化算法仿真 |
| 5.3.1 遍历法 |
| 5.3.2 传统遗传算法实例仿真 |
| 5.3.3 改进遗传算法实例仿真 |
| 5.3.4 仿真结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本文总结 |
| 6.2 未来需要完善的工作 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 |
四、大型空间网状天线反射面在轨控制中的作动器/传感器优化配置研究（论文参考文献）
- [1]星载天线反射器高精度形面主动控制方法与实验研究[D]. 宋祥帅. 大连理工大学, 2021
- [2]大型空间结构在轨组装阶段的分布式振动控制[D]. 王恩美. 大连理工大学, 2020
- [3]空间反射面天线热变形主动调节与容错控制研究[D]. 刘志勇. 西安电子科技大学, 2020(05)
- [4]大型挠性空间结构作动器/传感器布局优化与振动控制[D]. 金珊. 哈尔滨工业大学, 2019(02)
- [5]桁架式抛物柱面可展开天线的结构设计与分析[D]. 孙国辉. 西安电子科技大学, 2019
- [6]基于控制力矩陀螺的大型空间结构分布式振动抑制[D]. 王帅. 南京航空航天大学, 2019(02)
- [7]基于波动理论的大型索网结构的主动控制策略研究[D]. 刘洋. 北京理工大学, 2018(06)
- [8]大型空间索网—框架组合结构形面精度保持设计方法[D]. 王作为. 西安电子科技大学, 2015(02)
- [9]基于压电作动器的大型空间索网结构动力学分析与振动控制[D]. 秦宝亮. 南京航空航天大学, 2014(03)
- [10]复杂卫星大型柔性体作动器/传感器优化配置分析[D]. 耿飞. 上海交通大学, 2014(06)