【摘 要】
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随着航空航天技术的飞速发展,空间飞行器对于结构的复杂性和功能性提出了更高的任务需求,多用途的大型挠性空间结构（Large Flexible Space Structures,LFSS）被广泛应用于飞行器的结构设计中,但此空间结构具有大挠性、低阻尼、振动频率密集等复杂的动力学特性,其姿态运动与结构振动之间也存在较强的耦合效应,这些都会对自身的在轨运行产生较大影响,因此面向未来航天的发展前景,对该结构
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随着航空航天技术的飞速发展,空间飞行器对于结构的复杂性和功能性提出了更高的任务需求,多用途的大型挠性空间结构（Large Flexible Space Structures,LFSS）被广泛应用于飞行器的结构设计中,但此空间结构具有大挠性、低阻尼、振动频率密集等复杂的动力学特性,其姿态运动与结构振动之间也存在较强的耦合效应,这些都会对自身的在轨运行产生较大影响,因此面向未来航天的发展前景,对该结构实施更高效、更稳定的姿态与振动控制已势在必行。针对复杂环境会影响空间结构执行在轨任务时的姿态指向和结构稳定的问题,本文开展了LFSS的姿态-振动主动控制研究。首先考虑太阳光压、热冲击和空间磁场的共同作用,构建Lagrange体系下此空间结构的姿态运动-结构振动耦合动力学模型;其次设计了用于姿态控制的高阶模糊滑模算法（Fuzzy Sliding Mode,FSM）,利用状态空间法建立空间结构的姿态控制方程,分别构建了该算法的控制律、逻辑规则和状态观测器,并验证了控制系统的可控性、可观性和稳定性;随后根据材料本构方程,构建Jiles-Atherton体系下超磁致伸缩执行器（Giant Magnetostictive Actuator,GMA）的电磁-结构耦合模型,将执行器加载至LFSS的正表面,对整体结构进行Galerkin离散化,并结合负反馈控制律建立该结构的振动控制方程;最后使用Runge-Kutta法进行仿真分析,结果证明了整套控制方案的可行性和有效性,此外还分别研究了FSM和GMA的结构参数对自身控制性能的影响,发现适当调整参数可以有效提高两者的性能。本文实现了复杂环境下LFSS的在轨稳定运行,为空间结构的姿态与振动控制的相关研究提供了新的思路。
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