大型挠性空间结构传感器/作动器优化配置与参数辨识

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangfang
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如今在轨航天器的发展逐渐趋于大型化,其中为解决能源危机而提出的空间太阳能电站概念就是典型代表,该类结构具有显著的大尺寸、低刚度、频率密集的特点,这为其在轨模态参数辨识工作带来了挑战。由于大型挠性航天器结构复杂、自由度较多,考虑到制造成本、载荷要求等限制条件,作动器和传感器的数目都应进行精简,这使得面临着两个挑战:一是如何应用较少的作动器激发较多阶次的模态;二是可布设传感器的数目远小于结构的自由度数,无法全面获得航天器的振动输出信号。因此想要准确地获得结构的模态参数,需要对作动器和传感器的布置点位及个数进行合理的优化,对此,本文主要研究工作如下:首先,介绍了三种常用的传感器优化配置方法以及四种普遍采用的评价准则,针对空间太阳能电站模型进行有限元分析得到前10阶模态频率的理论值。寻找最优的传感器数目,并通过三种优化方法得到相应的传感器布置方案,再运用评价准则从理论上判断三种方案在模态辨识中的表现,结果表明模态置信法所得方案可测得模态区分度最优的信息。此外,对于作动器优化配置问题,介绍了两种已有的作动器布点选取方法。为解决现有方法不能确定最优激励点数目的问题,本文提出了一种新的作动器优化配置方法,并运用三种方法分别得到在空间太阳能电站模型中的作动器布置点位,再以所选节点的模态振型区分度为指标对三种作动器方案进行评价,评价结果表明新方法选出的激励点可以激发出区分度更高的模态信息。最后,运用控制变量思维,分别保持作动器或传感器布置方案不变,对空间太阳能电站模型进行模态参数辨识计算,并与有限元分析所得结果进行对比,以此探究不同传感器或不同作动器布置方案对于辨识结果的影响,进而分析不同传感器/作动器优化配置方法在大型挠性空间结构模态参数辨识计算中的适用性。辨识结果表明,本文所提出的作动器优化配置方法可以利用更少的作动器达到更优的模态激发效果。
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