柔性梁内平衡模型降阶与主动控制的实验研究

内平衡降阶方法能够有效地解决柔性结构的模型降阶问题,尤其是对于频率密集结构.然而由于存在如何从物理传感器测量中提取内平衡模态坐标的问题,目前关于内平衡降阶方法的研究大多是在理论上进行探索,少有实验研究和工程应用报道.该文以柔性梁为对象,开展内平衡降阶方法的理论与实验研究,并且基于降阶模型进行主动控制的设计.文中介绍了一个基于DSPTMS320F2812芯片的实验系统,提出了一个从物理传感器测量中提取内平衡模态坐标的近似方法,并且通过仿真与实验验证了该方法的可行性和有效性,基于降阶模型的控制设计能够有效地抑制梁的弹性振动.

平衡空间到模态空间的反映射模型降阶方法

针对内平衡降阶方法物理意义不清晰,平衡坐标无法由传感器直接测量的问题,文章基于柔性航天器动力学模型,提出了通过反映射实现平衡空间到模态空间的模型降阶方法。利用状态空间线性变换传递函数和特征值的不变性,通过平衡降阶模型零极点传递函数获得了与原系统相对应的特征频率,给出了平衡降阶模型与原模态子空间的映射关系,成功构造了反映射矩阵。频率响应及可控可观性分析结果显示,模态子空间降阶模型能够准确找到与原模型相匹配的状态变量,物理意义清楚,便于控制系统使用。

桁架系统的模型降阶及其主动控制研究

对桁架结构系统的模型降阶和主动控制进行了研究。系统模型采用有限元方法进行建模;模型降阶分别采用模态价值分析方法和内平衡降阶方法;控制设计采用最优控制方法。同时详细给出了模态价值分析方法和内平衡降阶方法的降阶过程,并将两者的结果进行了数值对比。仿真结果显示,两种降阶方法均能够有效地对桁架系统进行模型降阶,本文采用的最优控制律能够有效地抑制结构的振动。

挠性航天器非约束模态动力学模型的降阶研究

针对中心刚体-挠性附件的挠性航天器,应用拉格朗日方程推导出动力学模型,再利用模态展开法得到非约束模态动力学方程,然后分别基于模态价值分析准则和内平衡降阶准则的相关理论探讨模型降阶。通过模态价值分析准则能够显示出各阶模态占系统总价值的份额,保留贡献较多的模态组成降阶系统。内平衡降阶准则通过非奇异线性变换,将系统模型转换为内平衡系统,在内平衡系统内舍掉Gram矩阵对角线上较小的值所对应的模态以构成降阶系统。最后,利用数值仿真对中心刚体-单侧挠性梁航天器的非约束模态动力学模型进行模型降阶,通过两种准则对系统模型降阶数值计算,结果表明两种降阶准则均能够有效地对原系统进行模型降阶。

密集频率柔性板的内平衡模型降阶及其主动控制

该文对密集频率柔性板的模型降阶和主动控制进行研究,其中动力学建模采用有限元方法,模型降阶采用内平衡降阶准则,控制设计采用最优控制方法。研究中将内平衡降阶方法和模态价值降阶方法进行了数值对比研究。仿真结果显示,内平衡模型降阶方法是一种有效的模型降阶方法,能够处理密频情况下的模型降阶问题。

基于物理降阶模型的桁架结构振动主动控制

该文针对大型挠性桁架结构的振动抑制问题,采用基于变形修正的物理降阶方法对大规模桁架精细有限元模型进行降阶,在此基础上设计线性二次高斯(LQG)最优控制律并完成初始脉冲力作用下的闭环系统仿真。通过与内平衡降阶方法的比较,说明基于物理降阶模型具有更高的计算效率。并且针对闭环数值仿真结果计算了以上两种不同降阶方法的控制效率,结果表明:在相同控制力的情况下,基于物理降阶模型设计的最优控制律对桁架结构的振动抑制效果更明显。