论文摘要：基于Stewart平台的空间桁架振动控制

随着航天事业的快速发展，大型空间桁架在航天结构中应用越来越多，其通常具有大尺寸、高柔性、低阻尼的特点，在轨运行时不可避免受到各种干扰，很容易激起结构的振动。大幅度、长时间的振动将会影响到航天器的正常运行，甚至有可能导致灾难发生，智能结构是解决上述问题的有效途径。但智能结构通常将作动器和传感器分布于整个结构中，这种结构布局在实际的空间应用中却存在一些问题，比如无法安置在采用发射时收拢，入轨后展开的桁架结构上。因此，外伸桁架结构的振动控制成为一个重要的研究课题。本文以此为背景，将Stewart平台固定在桁架根部，设计自抗扰控制器和自适应模糊控制器，进行了空间外伸桁架的振动控制研究。主要包括以下工作：阐述了空间桁架振动控制的研究背景和意义，介绍了自抗扰控制和模糊控制在智能桁架结构振动控制中的应用，并介绍了国内外利用Stewart平台进行桁架振动控制的研究状况。在此基础上，本文提出设计一种自抗扰控制器和直接型自适应模糊控制器，将桁架根部固定在Stewart平台上，进行振动控制研究。以某种典型空间桁架结构为研究对象，利用有限元软件进行了桁架的固有特性分析，在此基础上，基于拉格朗日方法建立了桁架与上平台构成的系统的动力学模型，并介绍了Stewart平台的运动学关系，进行了动力学分析。基于自抗扰控制方法(Active Disturbance Rejection Control Technique，ADRC)设计自抗扰控制器，然后针对空间桁架在轨工作时受到的两种主要激振模式（瞬态激励和周期激励）进行了仿真。仿真结果表明，设计的自抗扰控制器可以有效地抑制桁架的振动。基于模糊控制理论，设计了一种自适应模糊控制器，基于Lyapunov方法证明了自适应模糊控制系统的稳定性。针对前面的两种工况（瞬态激励和周期激励）进行了仿真。仿真结果表明，设计的自适应模糊控制器可以有效地抑制桁架的振动，并与自抗扰控制方法进行了比较。对桁架结构进行了自由模态分析，在ADAMS中构建了Stewart上平台——桁架刚柔耦合动力学模型，基于ADAMS和MATLAB的联合仿真接口进行了控制系统在回路的联合仿真研究，分别对桁架的一阶模态、二阶模态和一阶、二阶混合模态进行了振动控制，仿真结果表明，本文设计的自适应模糊控制器可以在10秒内使桁架的一阶模态振幅衰减达到90%以上，5秒内使桁架的二阶模态振幅衰减达到90%以上，在一阶模态和二阶模态被同时激发起时，可以在5秒内使其振幅衰减达到90%以上。

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