密集模態(tài)撓性結構的多變量實驗辨識及自適應逆控制.pdf

1、空間大型撓性結構的一個顯著特點是模態(tài)阻尼小,受到擾動后其自由振動會持續(xù)很長時間,從而影響航天器及相關裝置的運行精度。而模態(tài)密集是大型撓性結構的另一個重要特征,由于固有頻率密集,傳統的模型辨識方法難以將相鄰的兩個或多個模態(tài)分開,而誤認為一個,從而導致控制器設計的失敗。另外,密集模態(tài)撓性結構模型容易受到環(huán)境和結構參數變化的影響,導致控制器的失效。因此,開展密集模態(tài)撓性結構的模型辨識及自適應控制的研究,具有重要的現實意義和應用價值。
　

2、　本文以加快撓性結構的振動衰減為目的,著重研究了密集模態(tài)撓性結構振動控制的若干重要問題:離散型壓電式傳感器與作動器的最優(yōu)配置問題;密集模態(tài)對象的模型辨識問題;基于辨識模型的最優(yōu)控制及自適應逆控制等。 振動主動控制的方案不僅要有理論和數值仿真的支持,更要能夠在物理系統上面,取得實際的減振效果。針對以往撓性結構振動控制的實驗對象以非密集模態(tài)的撓性梁和撓性板為主的情況,本文構建了二維密集模態(tài)撓性板物理實驗系統,目的是以密集模態(tài)撓性結構為實驗對

3、象,研究其建模方法和控制律設計方案,使得理論和仿真的結論,可以在實驗中得到驗證。同時,亦可檢驗系統從檢測到驅動、從軟件到硬件、從構成到成本等多種因素下是否均切實可行。
　　本文在建立密集模態(tài)撓性板振動實驗系統的基礎上,研究了離散型壓電式傳感器與作動器的最優(yōu)配置問題。首先考慮了壓電式傳感器和作動器與撓性板之間的相互作用,并綜合對象模態(tài)振型,采用基于能量函數的準則和輸出能控度準則,計算出撓性板上各個位置能控性和能觀性的大小,并以此確定

4、了壓電傳感器和作動器的位置。 現代控制理論大都是建立在控制對象的某種數學描述的基礎上,因此撓性結構的建模成為振動主動控制的關鍵問題之一。采用有限元法雖然也可得到對象的較為精細的數學模型,但是模型降階任務重。實驗建模由于所需輸入輸出數據來均自于實際系統,得到的模型大都可以直接用于控制律的設計,因此得到了很大的發(fā)展。目前常用的模型辨識方法可分為時域辨識和頻域辨識。由于撓性結構頻帶寬、動態(tài)范圍大,通過時域辨識得到的模型階次大都很高,不利于控制