基于Stewart平臺的微振動控制分析與實驗研究.pdf

1、航天器微振動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，而且振動微小，控制難度很大。同時，太空使用環(huán)境對振動控制系統(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)外針對微振動干擾的問題已經(jīng)提出了許多措施，包括各種主被動隔振方案。本文基于Stewart平臺，研究了一種微振動主動隔振系統(tǒng)，對有效載荷進(jìn)行多自由度振動主動控制。通過對隔振平臺運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的分析，建立了Stewart隔振平臺的控

2、制模型，采用以DSP為核心的控制器，利用自適應(yīng)主動控制算法進(jìn)行主動控制，并通過實驗驗證了隔振平臺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)外微振動技術(shù)的研究現(xiàn)狀，尤其是對基于Stewart平臺的微振動隔離技術(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，其具有正交對稱，作動器之

3、間的耦合最小的優(yōu)點。詳細(xì)求解了一般Stewart平臺的運(yùn)動學(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，得到了其桿長與平臺姿態(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隔振平臺的動力學(xué)，建立了隔振平臺的傳遞特性?；谝陨侠碚摲治?，采用壓電驅(qū)動作動器為主動控制元件，設(shè)計搭建了一個立方體主動隔振平臺。
　　第三章：研究Stewart隔振平

4、臺的自適應(yīng)主動控制策略，采用Fx-LMS算法抵消干擾，對平臺進(jìn)行主動控制。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)辨識的原理。并結(jié)合求出的動力學(xué)模型，利用MATLAB對混頻，隨機(jī)干擾進(jìn)行了仿真，驗證自適應(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的主動控制算法，對A/D，D/A，系統(tǒng)辨識，主動控制模塊進(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)行主動控制。
　　第五章：搭建Stewart隔振平臺，以測試平臺對干擾的主動控制效果。介紹了主動隔振實驗所需的設(shè)備并對實驗布置進(jìn)行了說明。測試了實驗場地的背景噪聲，結(jié)果表明背景振動滿足實驗要求，微振動實驗有足夠的信噪比。驗證了隔振平臺6個壓電棒

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雅克比矩陣。對Stewart隔振平臺進(jìn)行的主動控制實驗結(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