基于Stewart平臺(tái)的微振動(dòng)控制分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、航天器微振動(dòng)干擾是影響航天器的指向精度和觀測分辨率的重要因素。由于航天器力學(xué)環(huán)境極為復(fù)雜和特殊，而且振動(dòng)微小，控制難度很大。同時(shí)，太空使用環(huán)境對振動(dòng)控制系統(tǒng)的復(fù)雜性、可靠性、穩(wěn)定性等方面都有特殊而嚴(yán)格的要求。國內(nèi)外針對微振動(dòng)干擾的問題已經(jīng)提出了許多措施，包括各種主被動(dòng)隔振方案。本文基于Stewart平臺(tái)，研究了一種微振動(dòng)主動(dòng)隔振系統(tǒng)，對有效載荷進(jìn)行多自由度振動(dòng)主動(dòng)控制。通過對隔振平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析，建立了Stewart隔振平臺(tái)的控

2、制模型，采用以DSP為核心的控制器，利用自適應(yīng)主動(dòng)控制算法進(jìn)行主動(dòng)控制，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了隔振平臺(tái)對軸向方向干擾和轉(zhuǎn)角方向干擾的隔振性能。本文的結(jié)構(gòu)和主要研究內(nèi)容如下：
　　第一章：介紹了論文的研究背景、研究意義，基于現(xiàn)有文獻(xiàn)，總結(jié)了國內(nèi)外微振動(dòng)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，尤其是對基于Stewart平臺(tái)的微振動(dòng)隔離技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并給出了論文的研究內(nèi)容。
　　第二章：提出了一種立方體結(jié)構(gòu)的Stewart平臺(tái)，其具有正交對稱，作動(dòng)器之

3、間的耦合最小的優(yōu)點(diǎn)。詳細(xì)求解了一般Stewart平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)，包括其反解，和具有重要意義的雅克比矩陣的推導(dǎo)過程。并針對立方體結(jié)構(gòu)的Stewart隔振平臺(tái)，得到了其桿長與平臺(tái)姿態(tài)的雅克比矩陣。介紹了基于頻響函數(shù)的子結(jié)構(gòu)綜合法的基本內(nèi)容，并利用該方法求解了Stewart隔振平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)，建立了隔振平臺(tái)的傳遞特性。基于以上理論分析，采用壓電驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器為主動(dòng)控制元件，設(shè)計(jì)搭建了一個(gè)立方體主動(dòng)隔振平臺(tái)。
　　第三章：研究Stewart隔振平

4、臺(tái)的自適應(yīng)主動(dòng)控制策略，采用Fx-LMS算法抵消干擾，對平臺(tái)進(jìn)行主動(dòng)控制。介紹了所使用的自適應(yīng)算法的基本原理，包括最小均方根理論，歸一化的改良LMS算法，F(xiàn)x-LMS算法原理和系統(tǒng)辨識(shí)的原理。并結(jié)合求出的動(dòng)力學(xué)模型，利用MATLAB對混頻，隨機(jī)干擾進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證自適應(yīng)算法。仿真結(jié)果表明，自適應(yīng)算法可以有效地抑制干擾。
　　第四章：針對航天器微振動(dòng)隔離環(huán)境的要求，選擇了OMAP-L138DSP芯片為核心的控制板作為主動(dòng)控制處理器。

5、介紹了所使用的OMAP-L138控制板的性能和參數(shù)，編寫了基于Fx-LMS的主動(dòng)控制算法，對A/D，D/A，系統(tǒng)辨識(shí)，主動(dòng)控制模塊進(jìn)行了測試和仿真。仿真結(jié)果表明，DSP板卡可以有效地對干擾進(jìn)行主動(dòng)控制。
　　第五章：搭建Stewart隔振平臺(tái)，以測試平臺(tái)對干擾的主動(dòng)控制效果。介紹了主動(dòng)隔振實(shí)驗(yàn)所需的設(shè)備并對實(shí)驗(yàn)布置進(jìn)行了說明。測試了實(shí)驗(yàn)場地的背景噪聲，結(jié)果表明背景振動(dòng)滿足實(shí)驗(yàn)要求，微振動(dòng)實(shí)驗(yàn)有足夠的信噪比。驗(yàn)證了隔振平臺(tái)6個(gè)壓電棒

6、的增益以及對應(yīng)的頻帶寬度，接著通過壓電棒控制輸入來校正壓電棒與隔振平臺(tái)雅克比矩陣。對Stewart隔振平臺(tái)進(jìn)行的主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在Z軸向方向上，對20Hz-100Hz內(nèi)的具有代表性的單頻有24dB以上的衰減，對20Hz-60Hz帶寬的隨機(jī)激勵(lì)有6.98dB的衰減，對于30Hz和70Hz的混頻隔振性能良好。對于繞X軸轉(zhuǎn)角方向上的具有代表性的單頻干擾有14dB以上的衰減。
　　第六章：對全文工作進(jìn)行總結(jié)，指出論文中存在的不足以及需