文档介绍：工学博士学位论文
气动隔振器及八作动器隔振平台
控制问题研究
王晓雷
哈尔滨工业大学
2008 年 10 月
国内图书分类号:TB535,TP273
国际图书分类号:,
工学博士学位论文
气动隔振器及八作动器隔振平台
控制问题研究
博士研究生: 王晓雷
导师: 郑钢铁教授
申请学位: 工学博士
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 10 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:TB535,TP273
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Dissertation for the Doctor Degree in Engineering
CONTROL OF PNEUMATIC ISOLATOR
AND OCTO-ACTUATOR VIBRATION
ISOLATION PLATFORM
Candidate: Wang Xiaolei
Supervisor: Prof. Zheng Gangtie
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Specialty: General Mechanics and
Mechanics Foundations
Affiliation: Department of Aerospace
Engineering and Mechanics
Date of Defence: October, 2008
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
在卫星的寿命周期内,发射过程中的振动环境最为恶劣。采用六自由度隔
振平台作为运载火箭和卫星的连接装置,能够隔离火箭传递到卫星的振动载荷,
改善卫星发射过程的动力学环境。为保证可靠性和提高承载能力,本文采用气
动八作动器主-被动一体化隔振平台实现卫星的六自由隔振。论文研究了气动隔
振器及其构成的八作动器隔振平台的控制问题,重点研究了八作动器隔振平台
的解耦控制方法。
首先建立了气动主-被动一体化隔振器的动力学模型,分析了隔振器采用负
载加速度反馈、相对位移反馈、气腔压力反馈以及基座加速度前馈控制时的控
制性能,并通过实验进行了验证。然后将自适应滤波算法应用于气动隔振器的
主动控制,通过实验对滤波 x-LMS 算法的两种控制器结构——自适应横向滤波
器与自适应梳状滤波器进行了对比分析,讨论了影响振动控制效果的主要因素。
实验结果显示,对简谐激励,两种滤波器的控制效果基本相同;但对含有多个
谐波成分的周期激励,采用自适应梳状滤波器能得到更好的振动抑制效果。通
过在自适应滤波器中引入偏置权,还可以抑制负载的低频干扰。
采用牛顿-欧拉法建立了多动器并联六自由度隔振平台的动力学模型,分析
了平台的通道耦合属性。分析结果表明,当各作动器的结构参数相同时,平台
的通道耦合属性取决于平台构型和有效载荷的安装方式,作动器本身的动力学
特性对平台的通道耦合属性没有影响。设计了几种六自由度隔振平台构型。对
于这些构型,当有效载荷满足一定的安装条件时,平台的反馈通道具有一类解
耦特征,其解耦控制比较容易实现。通过对这些构型的对比分析,本文的隔振
平台选用一种对称的八作动器构型。文中还分析了该八作动器隔振平台的刚度
矩阵与构型参数的关系,为平台的刚度设计提供了依据。
论文系统研究了八作动器隔振平台的解耦控制问题。当有效载荷质心位于
平台纵轴的延长线上、且载荷的质量矩阵为对角阵时,平台的动力学方程可分
解为两个独立的单输入单输出通道和两个两输入两输出子系统。而在任意负载
条件下,平台的六个输入输出通道间均存在交叉耦合影响。文中给出了一种解
耦算法,这种算法即能用于第一种负载条件下平台二阶子系统的解耦,又可推
广到任意负载条件下平台的解耦控制。然后分别采用比例控制和自适应滤波算
法设计了平台的解耦控制器,对平台进行了仿真分析。
此外,分析了负载柔性、作动器的质量和转动惯量以及弹簧分布质量对平
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台隔振性能的影响。仿真分析结果显示,八作动器隔振平台顶端放置柔性卫星
时,平台通道间的