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工学硕士学位论文

基于无源化方法的整星隔振主动控制系统
设计

硕士研究生: 雷霆
导师:方勃教授
申请学位:工学硕士
学科、专业: 一般力学与力学基础
所在单位:航天工程与力学系
答辩日期:2008 年 6月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
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Dissertation for the Master Degree in Engineering

THE ACTIVE VIBRATION CONTROL OF
WHOLE-SPACECRAFT ISOLATION
SYSTEMS BASED ON PASSIVE
CONTROL METHOD

Candidate: Lei Ting
Supervisor: Prof. Fang Bo
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
General Mechanics and Mechanics
Speciality:
Foundations
Department of Space Engineering
Affiliation:
and Mechanics
Date of Defence: June, 2008
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
随着科学技术的不断发展,大型化、低刚度与柔性化成为航天结构的一
个重要发展趋势。这种大型柔性复杂结构极易受到外界及其本身扰动的影响
而发生振动,单靠传统的结构动力学设计非常困难。振动主动控制由于具有
效果好、适应性强等优点,已经成为振动控制领域的一个研究热点。
本文基于无源性理论,研究了整星隔振的振动主动控制问题,采用压电
晶体作为传感器和作动器,给出了正实控制器的设计方法,并进行了鲁棒性
分析。主要包括以下内容:
对无源性理论进行了简单介绍,给出了线性系统的无源性和正实性之间
的等价关系。基于正实引理推出了并联补偿无源控制器和输出反馈无源控制
器的存在条件,并且利用线性矩阵不等式的解构造出了相应的无源控制器。
针对压电悬臂梁系统,通过并联补偿无源化方法设计了控制器,仿真结果表
明控制器对抑制结构振动具有良好效果。
通过有限元软件对圆盒隔振器进行模态分析,考虑压电传感方程和压电
作动方程,建立了圆盒隔振器的动力学方程和状态空间方程。通过 LMI 工
具箱进行并联无源控制器的设计,并验证了控制器的有效性。
考虑了圆盒隔振器的参数不确定性,设计了鲁棒严格正实控制器,并对
控制系统进行了仿真。仿真结果表明,所设计的鲁棒严格正实控制器对隔振
器的振动控制效果良好,对低频的振动抑制尤为明显,并且有很强的鲁棒
性。
关键词整星隔振;主动控制;线性矩阵不等式;无源化方法;鲁棒性
- I -
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
With the development of science and technology, large-scale, low-stiffness
and flexibility spacecraft e an important development trend. This large
complex flexible structure is vulnerable vibrated by disturbances of external and
the spacecraft itself. It es more difficult to use only conventional dynamical
method to design structures, so structural vibration control es an important
issue in engineering technology field. The active vibration control es a study
focus in the field of vibration control for its good efficiency