全程模糊滑模变结构控制及其在整星主动隔振中的应用

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随着航天、航空技术的飞速发展,航天器结构的复杂程度与航天要求不断提高,振动与控制问题变得越来越突出。“整星隔振”技术就是采用隔振器来隔离运载火箭传递到卫星上的振动载荷,改善卫星的动力学环境,增强卫星的生存能力。鉴于传统的被动隔振技术难以满足振动控制的整体要求,加之振动主动控制具有低频隔振效果好、自适应能力强等优点,使之成为振动控制领域的研究热点。本文对全程模糊滑模变结构控制理论进行了深入的研究。针对滑模变结构控制在趋近模态阶段不具有鲁棒性这一缺点,在切换函数的设计中引入全程滑模因子,从而保证滑模变结构控制具有全局鲁棒性。针对滑模变结构控制固有的不利抖振,将滑模变结构控制与模糊控制相结合,通过模糊控制对滑模控制器中的相关参数进行实时调节,以达到既保持滑模变结构控制的强鲁棒性又有效抑制抖振的目的。此外,研究了线性不确定系统的全程滑模变结构控制,从理论上证明了当匹配条件成立时,全程滑模变结构控制系统的滑动模态对参数摄动及干扰具有不变性,并且确定了线性不确定系统的全程滑模变结构控制律。本文还研究了全程模糊滑模变结构控制在整星主动隔振中应用问题。针对大多数振动系统状态变量不可测这一难题,设计基于全程滑模变结构控制的输出反馈控制器,证明了如此构造的控制器并不影响全程滑模变结构控制所具有的强鲁棒性。最后,考虑到整星隔振系统结构复杂,难以获得精确的数学模型,利用有限元软件对其进行模态分析,在此基础上,运用特征系统实现算法对系统进行参数辨识,并选择压电堆为作动器,完成基于全程模糊滑模变结构控制的整星隔振主动控制系统设计。仿真结果表明,所设计的控制器对隔振器的振动控制效果良好,对低频的振动抑制尤为明显,大大提高了系统的安全性与可靠性。
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