基于Stewart平台的卫星微振动主动控制方法研究及装置优化设计

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Jssw3_4
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卫星在轨运行必须处理各种扰动,卫星上扰动源具有幅值小、频带宽、固有性、敏感性和难测量的特点。为了保证星上有效载荷处于“超静”的环境之中,使得有效载荷能够正常工作,可以利用Stewart平台对卫星微振动进行多自由度的主动控制。本文采用Newton-Euler法建立了带基础激励的12自由度6-SPS平台动力学模型,表明支腿绕轴向转动自由度可以忽略。在此基础之上,利用Kane方法推导了带基础激励的Stewart平台的动力学方程,推导中采用矩阵形式表达,过程简洁,模型的最终表达式的物理意义更加明确。由于卫星微振动的幅值很小的特点,模型中的几何非线性项被忽略。根据作动器弹簧的线性假设和分段线性假设,建立了平台线性和近似的三次非线性的动力学模型。采用Adams动力学商业软件验证了模型的正确性。建立了考虑有效载荷质心位置不确定性、刚度和阻尼不确定性的模型。针对Stewart平台的线性模型和线性不确定模型,分别采用H∞控制算法和μ综合算法设计了相应的鲁棒控制器。对于非线性不确定性系统,本文提出了改进的鲁棒非线性控制算法,并在理论上证明了采用该算法能够保障系统具有最终一致有界性。频率结果和时域结果均表明所设计的三种控制算法能够很好的控制Stewart平台上有效载荷的振动,满足卫星微振动的两个目标,为多自由度振动控制装置的设计奠定了很好的理论基础。为了卫星微振动控制和实际产品制造的需要,本文在基本构型上给出了系统静力学解耦的一般表达式。在此基础之上,推导了考虑有效载荷的系统各阶固有频率解析表达式。对于质心高度为零的情况,系统能够实现动力学解耦和平动的各向同性。而当质心高度不为零时,采用遗传算法和差分进化算法对Stewart平台进行动力学各向同性优化,获得了相同的结构参数。优化结果表明,平台的动力学完全各向同性无法实现,但可以实现平动、转动或者组合的各向同性。综合以上三个方面研究内容,本文给出了卫星微振动主动振动控制装置在设计、动力学与控制方面的结论。
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