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随着航天技术的发展,高精度对地定向、对目标跟踪指向、在轨服务等航天任务对航天器的位姿控制能力提出了较高的要求。航天器的挠性附件尺寸也越来越大,大挠性附件的模态频率低,结构阻尼低,一旦振动被激发,衰减十分缓慢,产生的耦合作用力和力矩会降低航天器的位置和姿态的控制精度,甚至导致系统不稳定。挠性结构的振动抑制问题是进一步提升航天器位姿控制效果的关键问题。本文以挠性航天器的振动控制为目标,采用压电元件对挠性结构进行振动抑制,从而提高航天器位姿机动过程的位姿控制精度,主要研究工作如下:针对挠性航天器建模问题,基于哈密顿原理构建了一种全局模态动力学模型,采用统一形式描述了非约束状态下整体的位姿运动和挠性振动,为主动振动控制器设计奠定了模型基础。与约束模态动力学模型相比,全局模态动力学模型计算的非约束模态频率和振型的精度更高,尤其是对小中心刚体-大挠性结构的耦合形式。针对挠性结构的主动振动控制方法,基于分布式振动控制系统结构,结合改进正向位置反馈控制方法(Modified Positive Position Feedback,MPPF)和分布式协同控制方法,提出了一种分布式协同一致改进正向位置反馈控制器(Consensus MPPF,CMPPF);采用舒尔定理研究了控制器的稳定条件,结合H∞范数和M范数优化了控制器参数;仿真结果表明针对受迫振动,相比于集中式MPPF控制器,CMPPF控制器抑振后振动幅值更低,过渡时间更短,实现了不同节点的协同工作;CMPPF控制器对不同节点失效、不同通信拓扑结构具有一定的鲁棒性。针对带有双侧对称帆板的常规挠性航天器和带有单侧大挠性帆板的大挠性航天器,分别开展了主动振动控制器设计:1)针对带有双侧对称帆板的常规挠性航天器,结合其动力学特性和MPPF控制器,提出了一种基于约束模态动力学模型的整合MPPF控制器(Integrated MPPF,IMPPF),解决了位置耦合模态和姿态耦合模态的共同抑制问题;仿真结果验证了在位姿机动过程中控制器对两种耦合模态振动的抑制作用,航天器的位置、姿态、速度和角速度误差幅值衰减了70%,改善了航天器的位姿控制精度;2)针对带有单侧大挠性帆板的航天器,提出了一种基于全局模态动力学模型的CMPPF控制器,解决了位姿控制与挠性振动强耦合情况下大挠性结构振动控制问题,推导了稳定性和优化方法;仿真结果表明,在位姿机动段,由于位姿控制和挠性振动的强耦合,MPPF控制器未能实现振动抑制,而CMPPF控制器使位姿控制误差幅值衰减了10%以上,在位姿稳定段,CMPPF控制器使位姿控制误差幅值衰减了45%,进一步提高了航天器的位姿控制精度。针对这两种挠性航天器分别开展了主动振动控制试验,验证了所提出的控制器的有效性:1)基于气浮式试验系统,针对带有双侧对称帆板的常规挠性航天器构建主动振动控制试验系统,采用参数辨识技术修正了约束模态动力学模型,进行了主动振动控制试验,试验结果与仿真结果基本一致。第1阶位置耦合模态和姿态耦合模态振动幅值均衰减了80%;在位姿机动段,MPPF控制器将位置、速度、姿态角和姿态角速度误差幅值衰减了20%左右;在位姿稳定段,姿态角速度误差振幅衰减了65%,充分验证了IMPPF控制器的有效性;2)针对悬臂大挠性结构,首次构建了分布式协同振动控制试验系统,试验结果表明,CMPPF控制器使挠性结构振幅衰减了90%,衰减到了MPPF控制器振幅的50%,试验结果与仿真结果比较一致,充分说明了CMPPF控制器的有效性;3)基于气浮式试验系统,首次针对带有单侧大挠性帆板的航天器构建分布式主动振动控制系统。试验结果表明,在位姿机动段,MPPF控制器未能实现振动抑制,而CMPPF控制器将位姿误差幅值衰减了10%以上,在位姿稳定段,CMPPF比MPPF更加有效的衰减了挠性结构振动振幅,位姿误差幅值衰减了30%~55%,试验结果与仿真结果比较一致,充分验证了基于全局模态动力学模型设计的CMPPF控制器的有效性。