基于无源化方法的整星隔振主动控制系统设计

论文摘要

随着科学技术的不断发展,大型化、低刚度与柔性化成为航天结构的一个重要发展趋势。这种大型柔性复杂结构极易受到外界及其本身扰动的影响而发生振动,单靠传统的结构动力学设计非常困难。振动主动控制由于具有效果好、适应性强等优点,已经成为振动控制领域的一个研究热点。本文基于无源性理论,研究了整星隔振的振动主动控制问题,采用压电晶体作为传感器和作动器,给出了正实控制器的设计方法,并进行了鲁棒性分析。主要包括以下内容:对无源性理论进行了简单介绍,给出了线性系统的无源性和正实性之间的等价关系。基于正实引理推出了并联补偿无源控制器和输出反馈无源控制器的存在条件,并且利用线性矩阵不等式的解构造出了相应的无源控制器。针对压电悬臂梁系统,通过并联补偿无源化方法设计了控制器,仿真结果表明控制器对抑制结构振动具有良好效果。通过有限元软件对圆盒隔振器进行模态分析,考虑压电传感方程和压电作动方程,建立了圆盒隔振器的动力学方程和状态空间方程。通过LMI工具箱进行并联无源控制器的设计,并验证了控制器的有效性。考虑了圆盒隔振器的参数不确定性,设计了鲁棒严格正实控制器,并对控制系统进行了仿真。仿真结果表明,所设计的鲁棒严格正实控制器对隔振器的振动控制效果良好,对低频的振动抑制尤为明显,并且有很强的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 振动系统建模方法
• 1.2.2 振动主动控制
• 1.2.3 主动控制中的传感器/作动器
• 1.3 无源性理论简介
• 1.4 研究内容
• 第2章 预备知识
• 2.1 无源系统理论
• 2.1.1 基本概念
• 2.1.2 无源性与稳定性
• 2.2 线性矩阵不等式介绍
• 2.2.1 线性矩阵不等式表达形式
• 2.2.2 一般矩阵不等式向线性矩阵不等式的转化
• 2.2.3 三类标准的线性矩阵不等式问题及算法
• 第3章 无源控制器设计
• 3.1 并联无源化方法
• 3.2 输出反馈无源化方法
• 3.3 鲁棒严格正实控制器设计
• 3.4 压电悬臂梁振动主动控制
• 3.4.1 压电传感方程
• 3.4.2 压电作动方程
• 3.4.3 悬臂梁动力学方程
• 3.4.4 系统仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 整星隔振正实控制器设计及鲁棒性分析
• 4.1 引言
• 4.2 有限元建模
• 4.3 控制系统仿真
• 4.4 鲁棒性分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢