基于输入成形的柔性航天器振动闭环抑制方法研究

针对柔性航天器姿态机动时柔性附件的振动抑制问题,提出一种基于输入成形和反馈控制联合的主动振动抑制策略,在保证航天器完成指定的姿态机动的同时抑制对系统影响较大的挠性附件的振动。考虑到柔性附件模态变量难以测得以及存在外界干扰力矩,设计了只利用姿态信息的反馈控制器,并根据整个闭环系统的振动频率和阻尼比信息设计前馈鲁棒多模态输入成形器,进一步提高闭环系统的性能。仿真结果表明,应用该策略成功地抑制柔性附件的振动及改善系统的机动时间,并使系统性能对参数的摄动具有很强鲁棒性。

基于滑模输出反馈与输入成形控制相结合的挠性航天器主动振动抑制方法

针对挠性航天器大角度姿态机动的振动抑制问题,提出了一种基于输出反馈滑模控制和输入成形振动抑制方法相结合的主动振动控制策略。输入形成器作为前馈控制器作用在反馈回路的前相通道,通过改变输入命令的作用形式,在保证参考模型(标称对象)完成指定的姿态机动的同时抑制掉对系统影响较大的挠性结构的振动;而对于闭环控制回路,考虑挠性结构模态不可测、模型参数具有不匹配不确定性以及外干扰力矩的作用,在输出反馈滑模控制的基础上,给出了仅利用输出信息的滑模控制器设计方法,保证跟踪参考模型的输出以获得要求的闭环系统的性能。将该方法应用于单轴挠性航天器的大角度rest-to-rest(静止到静止)姿态机动控制进行了仿真研究,结果表明,所提出的方法是可行而有效的。

基于变结构/输入成形的航天器振动抑制方法

针对挠性航天器大角度姿态机动的振动抑制问题,提出了一种基于输出反馈变结构控制和输入成形振动抑制方法相结合的主动振动控制策略.首先,采用拉格朗日方法建立中心刚体上带有弹性附件的航天器的动力学模型.然后,在基于非线性和低阶模态的动力学模型基础上,考虑挠性结构模态不可测的情况,为了避免设计状态观测器及其引入的误差,在输出反馈变结构控制的基础上,给出了滑模存在条件以及仅利用输出信息的变结构控制器设计方法,使系统的状态轨迹达到滑动平面,并保证闭环系统渐近稳定;在此基础上,应用输入成形方法设计成形控制器来抑制该系统的振动,使得航天器星体姿态和挠性附件的振动同时得到了有效的控制.该成形控制器的设计仅需闭环系统的振动频率和阻尼.将该方法应用于单轴挠性航天器的大角度rest-to-rest(静止到静止)姿态机动控制进行了仿真研究,结果表明,方法可行有效.

刚柔耦合系统的输入成形控制

为实现对大范围运动刚柔耦合系统的振动抑制,提出基于一次近似动力学模型的输入成形控制方法.针对中心刚体-柔性旋臂梁系统,在变形位移的描述中计及纵向变形的二次耦合项,建立一次近似动力学模型用于振动控制.考虑到大范围运动刚柔耦合系统中柔性梁有别于结构动力学中定边界梁的模态特性,设计抑制柔性振动的鲁棒多模态输入成形器.仿真结果表明,该策略在完成大角度机动的同时成功地抑制了柔性梁的振动.

挠性结构的输入成形与分力合成主动振动抑制方法研究

研究了 2种挠性结构的主动振动抑制方法——输入成形法与分力合成法。对 2种方法的基本原理、应用形式和对参数变动的鲁棒性进行了综合分析与比较 ,指出了它们之间的相同点和不同点。

挠性航天器旋转机动的输入成形变结构控制

研究了挠性航天器单轴旋转机动的输入成形变结构控制方法。该方法首先根据带扰动估计的滑模控制(SMCPE)方法,导出了针对刚体模型设计的、对系统模型不确定性以及非线性扰动具有较强鲁棒性的SM-CPE控制律,并在分析等效系统的基础上,提出了基于输入成形的变结构控制方案。该方案通过指令的输入成形,使得航天器能按照指定的性能机动,同时对机动过程中的弹性振动和残余振动具有较快的抑制作用。指令的输入成形是通过不断地改变滑动模超平面实现的,本文给出了一种改变该超平面的分段取固定值的算法。同时给出了设计该控制律的数字仿真实例,并作了比较,仿真结果验证了该设计的有效性。

改进型负输入成形主动振动控制

针对柔性结构的主动振动控制问题,提出了一种改进型负输入成形方法。该方法设计成形器的脉冲序列包含多个正负依次交替的脉冲,通过所选择的脉冲数目和系统振动频率与阻尼比构成封闭形式解来直接确定成形器。与正输入成形方法相比可以改善系统的上升时间,而与传统的负输入成形方法相比不需要对时间约束条件进行优化。改进型负输入成形器所包含的脉冲个数可以自由选择,具有设计简单、灵活的优点。将其通过柔性机械臂进行仿真验证,结果表明:所提出的方法有效且可以快速实现振动抑制。

基于输入成形的太阳能帆板自适应滑模控制

为提高太阳能帆板驱动系统(SADS)的角位置控制性能和抑制太阳能帆板的柔性振动,提出了一种自适应滑模控制(ASMC)与输入成形技术相结合的控制策略。该控制策略通过自适应滑模控制保证了系统在不确定性影响下的一致有界性和渐进一致有界性,从而提高了太阳能帆板驱动系统的角位置控制性能。同时,通过基于参考模型的输入成形器(IS)规划了指令轨迹,进而抑制了太阳能帆板的柔性振动。仿真结果表明了控制策略的有效性。

挠性航天器变幅值输入成形姿态机动策略

针对变参数挠性航天器的姿态机动问题,在变幅值零振动成形器的基础上,提出了鲁棒性较强的变幅值零振动和零微分成形器设计方法,设计了鲁棒姿态机动策略。该机动策略的控制目标是,将航天器机动到期望状态的同时,消除挠性结构的残余振动。以含转动挠性太阳翼的航天器进行三轴姿态机动为例,进行数值仿真。仿真结果表明,该机动策略对挠性结构频率变化以及阻尼系数不确定性具有较强的鲁棒性。

光学头定位系统的输入成形控制

应用输入成形方法抑制光头在定位时的振动．通过建立光学头机电系统的数学模型，对于无参数摄动和有参数摄动两种情形分别应用零振荡（ＺＶ）和零振荡加微分（ＺＶＤ）两种输入成形控制器进行振动抑制，计算机数值仿真结果表明，该方法对于抑制光学头定位过程中的振动具有较好的效果．

基于输入成形的挠性航天器自适应滑模控制

针对大型挠性航天器姿态机动过程中的振动抑制问题,提出一种输入成形(IS)与自适应滑模控制(ASMC)相结合的控制策略。该控制策略利用输入成形抑制标称挠性系统的残余振动,并通过滑模控制保证实际系统在参数不确定性和外部干扰的影响下实现对标称系统的跟踪,解决了输入成形对参数不确定性和外部干扰的敏感性问题。进一步采用自适应技术去除了滑模切换增益对参数不确定性和干扰上界的先验性要求。仿真结果表明,在参数不确定性和外界干扰的影响下,该控制方法能够保证在完成姿态机动的同时抑制航天器的挠性振动。

柔性空间机械臂的闭环方波序列控制

本文将"输入成形"方法加以推广,提出了一种方波序列控制,并利用幅值调制的思想,提出了一种闭环方波序列控制方法,在保证无余振的前提下,实现了柔性空间机械臂的高精度机动控制,并对系统惯量不确定性具有较强的鲁棒性。理论和仿真结果表明,该方法是有效的。

光谱仪入射狭缝扫描机构的振动控制策略

针对弹簧微动原理设计的入射狭缝扫描机构,研究其残余振动控制。将步进电机的单步运动作为对机构的位移阶跃输入,利用输入成形法,将此阶跃输入分解为一系列具有一定时间间隔的多个阶跃输入,形成脉冲序列。对步进电机进行细分驱动控制,并将脉冲序列对步进电机细分产生的微步近似取整,形成新的脉冲序列,以此新脉冲序列作为电机输入。仿真结果表明,细分驱动近似形成的脉冲序列对残余振动具有较好的抑制效果,此策略对相关参数具有一定的鲁棒性。

基于路径规划和反推技术挠性航天器姿态控制

为抑制航天器姿态机动过程中挠性附件的振动,提出了一种基于路径规划和反推技术的姿态自适应控制方案.对航天器姿态机动路径进行规划,以缓解传统控制中快速性和超调量之间的矛盾,并减小姿态机动引起的挠性附件振动.针对航天器姿态动力学和运动学构成的具有不确定性的非线性串级系统,基于反推技术设计了一种仅利用输出信息的自适应控制器,并证明了系统全局一致最终有界稳定.在系统具有惯量参数不确定及有界干扰力矩的情况下,设计的控制器能快速抑制挠性附件的振动,实现航天器姿态的快速机动和快速稳定.仿真结果验证了该挠性航天器自适应姿态控制算法的有效性.

一种挠性航天器姿态快速平稳机动的控制方法

针对挠性航天器姿态机动过程中的振动抑制问题,提出了一种新的姿态控制方法.通过对闭环系统的柔性模态设计输入成形器,抑制挠性附件的振动;在此基础上,设计一种包含机动时间、稳定时间及模态振动能量的优化性能指标,选取闭环系统的刚体模态阻尼比,并优化反馈控制参数,保证刚体运动的平稳性.仿真结果表明所提方法可提高挠性航天器姿态机动的性能.