空间柔性结构振动控制智能作动技术研究进展

1

作者 程明 黄静 孙俊 《宇航学报》 北大核心 2025年第1期37-50,共14页

在空间柔性结构发展态势分析的基础上,综述了空间柔性结构振动控制智能作动技术研究脉络,归纳了空间柔性结构振动控制方法、空间柔性结构振动控制作动器构型、及空间柔性结构振动抑制作动器操控,并指出了空间柔性结构振动控制智能作动... 在空间柔性结构发展态势分析的基础上,综述了空间柔性结构振动控制智能作动技术研究脉络,归纳了空间柔性结构振动控制方法、空间柔性结构振动控制作动器构型、及空间柔性结构振动抑制作动器操控,并指出了空间柔性结构振动控制智能作动技术发展趋势和挑战。主要包括智能化作动设计与操控、先进作动材料与结构、宽频适用型作动构型综合、多维弱耦合高性能作动、高能量密度与高动态作动和振动控制作动技术智能化6个方面发展趋势,以及材料制备与构型设计、模型建立与精密操控、环境适应与品质保障和智能作动技术实际应用4个方面技术挑战。 展开更多

关键词 空间柔性结构 振动控制 作动技术 智能材料

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空间柔性结构的控制

2

作者 周美玉 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1992年第2期73-78,共6页

控制空间柔性结构的目的是为了在太空特殊的环境中,结构运动时有满意的稳态和动态响应。本文从空间柔性结构的基本组成单元——悬臂柔性梁出发建立数学模型,用状态空间反馈的方法组成闭环控制系统,对不能直接测量到的状态使用状态估计器... 控制空间柔性结构的目的是为了在太空特殊的环境中,结构运动时有满意的稳态和动态响应。本文从空间柔性结构的基本组成单元——悬臂柔性梁出发建立数学模型,用状态空间反馈的方法组成闭环控制系统,对不能直接测量到的状态使用状态估计器,增强了控制策略。通过数字仿真和实际试验,证明了模型和控制规律是正确的。 展开更多

关键词 空间柔性结构 数字控制 微分估计器

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大型空间柔性结构基于H_2范数的模型降阶

3

作者 张青斌 秦子增 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2002年第1期63-65,共3页

本文给出一种简单易算的大型空间柔性结构的模态缩减法。分析了小阻尼条件下全系统及各阶模态子系统传递函数H2 范数的特点 ,进而定义了系统模态重要度序列 ,据此序列给出了在H2 范数度量下的最优降阶系统。仿真算例表明 ,基于H2 范数... 本文给出一种简单易算的大型空间柔性结构的模态缩减法。分析了小阻尼条件下全系统及各阶模态子系统传递函数H2 范数的特点 ,进而定义了系统模态重要度序列 ,据此序列给出了在H2 范数度量下的最优降阶系统。仿真算例表明 ,基于H2 范数的模态缩减法明显优于普通的模态截断方法。 展开更多

关键词 模态缩减 H2范数 大型柔性空间结构 振动控制 振动模型 模型降价 航天技术

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大跨柔性空间结构风压和耦合风效应分析 被引量：11

4

作者 周岱 马骏 +1 位作者 李华峰 朱忠义 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2009年第6期17-22,共6页

研究大跨柔性空间结构的表面风压和流固耦合风效应。引入流体运动控制方程和大涡模拟湍流模式,提出风与结构的流固耦合方程的迭代求解过程。提出张拉索膜结构的加载预应力态、稳定态和耦合态等三个受载状态概念和统一形式的动力方程表... 研究大跨柔性空间结构的表面风压和流固耦合风效应。引入流体运动控制方程和大涡模拟湍流模式,提出风与结构的流固耦合方程的迭代求解过程。提出张拉索膜结构的加载预应力态、稳定态和耦合态等三个受载状态概念和统一形式的动力方程表达。以某典型索穹顶结构为例,采用以风时程为荷载的动力响应时程方法、单向耦合算法和双向耦合算法,开展结构风效应的数值计算和比较。研究发现,动力响应时域方法和单向耦合算法的结构平均位移计算结果基本相同,但前者的结构风振系数较大。双向耦合算法的结构平均位移计算结果小于前两种方法,但风振系数在三种方法中最大。 展开更多

关键词 柔性空间结构 流固耦合 风压 风振系数

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大型空间柔性桁架结构等效建模与动力学分析 被引量：5

5

作者 刘梅 曹登庆 +1 位作者 黄庭轩 孙禄君 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期69-75,共7页

大型空间柔性桁架结构具有周期性、大柔度、构型复杂等特点,其等效建模是进行振动控制器设计的关键性技术之一。基于能量等效原理和经典Timoshenko梁理论,对刚性连接的大型空间柔性正三棱柱桁架结构进行了等效建模与动力学分析,采用Tay... 大型空间柔性桁架结构具有周期性、大柔度、构型复杂等特点,其等效建模是进行振动控制器设计的关键性技术之一。基于能量等效原理和经典Timoshenko梁理论,对刚性连接的大型空间柔性正三棱柱桁架结构进行了等效建模与动力学分析,采用Taylor展开方法推导了等效梁模型的刚度和质量表达式,对比分析桁架结构与等效梁模型的固有振动特性,二者吻合较好。数值结果表明了等效方法的有效性且等效梁模型具有较高的精度。 展开更多

关键词 大型空间柔性桁架结构 周期性 能量等效原理 等效梁模型 固有振动特性

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柔性空间结构的分散模糊变结构控制 被引量：6

6

作者 王青 胡昌华 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 2000年第1期23-27,共5页

提出了一种适用于一类不确定大系统的分散变结构控制方法 ,并将该方法用于柔性空间结构的控制系统设计中。考虑到复杂大系统的系统关联及不确定因素复杂 ,在控制律中引入了模糊控制规则来确定分散控制律中的非线性分量大小 ,使控制系统... 提出了一种适用于一类不确定大系统的分散变结构控制方法 ,并将该方法用于柔性空间结构的控制系统设计中。考虑到复杂大系统的系统关联及不确定因素复杂 ,在控制律中引入了模糊控制规则来确定分散控制律中的非线性分量大小 ,使控制系统设计时不需知道系统不确定变化及关联的具体情况 ,简化了控制器的设计。同时 ,模糊控制规则的引入还有效减弱了一般分散变结构控制系统的抖颤问题。所设计的控制系统可以保证柔性空间结构系统在未知参数摄动以及外界干扰情况下的稳定。数字仿真结果表明该方法的有效性。 展开更多

关键词 分散变结构控制 模糊控制 柔性空间结构 仿真

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大型柔性空间结构的多级分散化振动控制 被引量：2

7

作者 林西强 李东旭 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1996年第1期23-28,共6页

文中直接以结构的动力学变量作为系统状态，从理论上推导出了反馈和状态变量的解析表达式。基于该表达式，对一空间站模型进行了仿真。结果表明，该方法具有计算量小、稳定性好的优点，便于在线控制。

关键词 空间结构 多级控制 柔性空间结构 航天器

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细长柔性空间结构几种动力学模型的比较 被引量：4

8

作者 赵国威 吴志刚 《动力学与控制学报》 2016年第2期122-130,共9页

对于自由-自由边界的大型柔性梁式空间结构在轨搬运过程中,其大范围刚体运动和柔性振动会相互耦合,是一类典型的刚柔耦合动力学问题.建立相对准确的动力学模型是设计良好控制系统的前提,但现有文献在研究该问题时却采用了忽略刚柔耦合... 对于自由-自由边界的大型柔性梁式空间结构在轨搬运过程中,其大范围刚体运动和柔性振动会相互耦合,是一类典型的刚柔耦合动力学问题.建立相对准确的动力学模型是设计良好控制系统的前提,但现有文献在研究该问题时却采用了忽略刚柔耦合作用的动力学模型并依此设计控制器,因此有必要建立耦合模型,并探讨其与非耦合模型之间的区别和适用性.首先针对结构自身运动特点选择以瞬时质心为原点的浮动坐标系作为辅助坐标系,将结构两类不同的运动形式进行分解,并利用其产生的附加约束条件简化虚功表达式;其次选择Euler-Bernoulli梁变形形式描述结构变形并采用假设模态法对变形进行变量分离;基于虚功原理推导得到结构大范围运动的刚柔耦合动力学模型;通过仿真算例1对非耦合模型、零次近似模型和一次近似模型进行了对比,验证了非耦合模型的不合理性及零次近似简化模型的准确性和有效性;通过仿真算例2对零次近似简化模型和一次近似模型的对比,说明了二者的使用范围;仿真对比为后续的运动控制系统设计和振动抑制研究提供了依据. 展开更多

关键词 柔性空间结构 在轨搬运 浮动坐标系 刚柔耦合 自由-自由边界

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大型柔性空间结构的分散鲁棒自适应控制 被引量：1

9

作者 杜树新 陈新海 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1995年第4期624-628,共5页

提出了大型柔性空间结构的分散鲁棒自适应控制方法。基本思想是采用反馈控制抑制其不确定性，而反馈控制中反馈系数由于不确定项的界未知而采用自适应算法估计得到。对大型柔性空间结构ＭａｓｔＦｌｉｇｈｔＳｙｓｔｅｍ的仿真证实了方... 提出了大型柔性空间结构的分散鲁棒自适应控制方法。基本思想是采用反馈控制抑制其不确定性，而反馈控制中反馈系数由于不确定项的界未知而采用自适应算法估计得到。对大型柔性空间结构ＭａｓｔＦｌｉｇｈｔＳｙｓｔｅｍ的仿真证实了方法的有效性。 展开更多

关键词 柔性空间结构 分散鲁棒控制 自应控制

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大型柔性空间结构分散固定模的研究

10

作者 杜树新 陈新海 《航天控制》 CSCD 北大核心 1995年第1期30-35,共6页

采用速度和位置的加权和作为反馈量构成大型柔性空间结构分散控制律时的分散固定模问题，是文献［１］中采用位置输出作为反馈量时的分散固定模结论的进一步推广。

关键词 柔性体 控制系统 柔性空间结构 航天器

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具有完整性的大型柔性空间结构分散自适应控制

11

作者 杜树新 陈新海 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1995年第2期287-291,共5页

研究了大型柔性空间结构主动振动分散自适应控制，将离散化系统自由度ｎ大于执行机构／传感器组ｍ的情形作为ｎ＝ｍ的控制完整性来考虑，即ｎ＞ｍ时的控制问题可认为是ｎ—ｍ个部件失效时的控制问题．对二板空间站的仿真表明ｎ＞ｍ时，... 研究了大型柔性空间结构主动振动分散自适应控制，将离散化系统自由度ｎ大于执行机构／传感器组ｍ的情形作为ｎ＝ｍ的控制完整性来考虑，即ｎ＞ｍ时的控制问题可认为是ｎ—ｍ个部件失效时的控制问题．对二板空间站的仿真表明ｎ＞ｍ时，控制系统全局稳定，从而证实了本文给出的分散自适应算法具有完整性． 展开更多

关键词 分散自适应控制 柔性空间结构 自适应控制

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空间柔性充气结构分布式光纤裂纹损伤监测方法 被引量：7

12

作者 何弯弯 曾捷 +4 位作者 夏裕彬 卢李 顾欣 张旭苹 陈浩远 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期297-304,共8页

空间柔性充气结构作为一种航天器基本组成单元,在气闸舱、空间居住舱等领域受到越来越多关注。针对此类结构损伤状态的智能辨识,对于目前正在开展的深空与星际探测具有重要意义。为此,本文提出了一种基于分布式光纤传感器的空间充气结... 空间柔性充气结构作为一种航天器基本组成单元,在气闸舱、空间居住舱等领域受到越来越多关注。针对此类结构损伤状态的智能辨识,对于目前正在开展的深空与星际探测具有重要意义。为此,本文提出了一种基于分布式光纤传感器的空间充气结构裂纹损伤实时监测技术。借助ANSYS有限元分析方法,数值模拟得到含裂纹损伤的充气结构模型在不同内压载荷作用下的应变响应与分布规律。在此基础上,通过由芳纶编织而成的柔性充气结构表面布置分布式光纤光栅传感网络,实时采集不同位置与程度损伤对应的表面应变分布与变化信息。提取能够表征结构裂纹特征的辨识参量,建立光纤传感器应变响应差值与裂纹损伤长度之间的关系模型,实现裂纹损伤区域定位与损伤长度识别。研究结果表明,本文所提方法具有非视觉测量、实时性好以及多种功能复用等优点,能够为未来空间柔性充气结构服役状态辨识与在轨快速维护提供技术支撑。 展开更多

关键词 空间柔性充气结构 光纤光栅传感器 应变监测 损伤定位 裂纹长度识别

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重力梯度对超大柔性空间结构在轨动力学特性的影响 被引量：4

13

作者 穆瑞楠 谭述君 吴志刚 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期7-14,共8页

空间太阳能电站是一种具有超大和高柔性特征的空间结构,这种空间结构在尺寸上远超以往的航天器,给轨道动力学特性的研究带来了新现象与新问题。以千米量级的哑铃模型为研究对象,考虑重力梯度影响,建立了Hamilton体系下的在轨动力学模型... 空间太阳能电站是一种具有超大和高柔性特征的空间结构,这种空间结构在尺寸上远超以往的航天器,给轨道动力学特性的研究带来了新现象与新问题。以千米量级的哑铃模型为研究对象,考虑重力梯度影响,建立了Hamilton体系下的在轨动力学模型,利用辛龙格库塔法得到了不同参数取值下的动力学响应。通过对比仿真结果,得到了结构尺寸与重力梯度对轨道运动、姿态运动影响的定量关系。仿真结果表明,重力梯度引起了姿态-柔性振动耦合现象,姿态运动影响了结构振动曲线外部包络线样式,而柔性振动改变了姿态运动周期。 展开更多

关键词 空间太阳能电站 超大柔性空间结构 HAMILTON方程 哑铃模型 重力梯度 耦合

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大型柔性空间结构的分散自适应模型跟随控制

14

作者 李陶 朱志刚 陈新海 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1994年第3期390-396,共7页

本文讨论了一类具有控制关联作用的大型柔性空间结构的主动式分散自适应抑振控制问题．文中首先讨论了大型柔性空间结构中存在控制关联作用的分散化模型，在此基础上引入了控制关联解耦变换，并采用分散自适应模型跟随控制方法对其进行... 本文讨论了一类具有控制关联作用的大型柔性空间结构的主动式分散自适应抑振控制问题．文中首先讨论了大型柔性空间结构中存在控制关联作用的分散化模型，在此基础上引入了控制关联解耦变换，并采用分散自适应模型跟随控制方法对其进行了主动抑振控制．仿真结果表明本文提出的控制方案是有效的。 展开更多

关键词 柔性空间结构 控制关联 空间站

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大型空间结构热致动态响应研究综述 被引量：2

15

作者 冯雨晴 马小飞 李洋 《空间电子技术》 2020年第6期13-21,共9页

大型柔性空间结构在轨运行进出地球阴影区时,受突变热流的影响,结构内部会产生时变温度梯度,从而产生不均匀的热应变以及热应力,引发结构的热致结构响应,最终影响航天器的正常工作。本文首先对空间轨道热载荷进行了简要分析,随后以Bole... 大型柔性空间结构在轨运行进出地球阴影区时,受突变热流的影响,结构内部会产生时变温度梯度,从而产生不均匀的热应变以及热应力,引发结构的热致结构响应,最终影响航天器的正常工作。本文首先对空间轨道热载荷进行了简要分析,随后以Boley系数为牵引与基础,综述了当今国内外热致动态响应以及热颤振准则的研究进展,最后对热致动态响应的未来研究趋势进行了展望。 展开更多

关键词 大型柔性空间结构 热致振动 Boley系数 热颤振 发展历程

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空间桁架热致振动效应仿真研究 被引量：6

16

作者 苏新明 王晶 +1 位作者 张军徽 向志海 《航天器工程》 北大核心 2015年第5期66-72,共7页

基于傅里叶(Fourier)温度单元及Boley理论,分析了不同条件下某大型柔性空间结构(LFSS)的热致振动情况,发现改变悬吊杆长度、配重总质量以及背景温度均会影响结构振动幅值和准静态变形之比,但背景热流的影响更大,且其对降低结构的热特征... 基于傅里叶(Fourier)温度单元及Boley理论,分析了不同条件下某大型柔性空间结构(LFSS)的热致振动情况,发现改变悬吊杆长度、配重总质量以及背景温度均会影响结构振动幅值和准静态变形之比,但背景热流的影响更大,且其对降低结构的热特征时间有明显作用。入射热流的改变对结构热致振动无明显作用,仅能够改变结构的振动幅值和准静态变形。以上研究结果可有助于改进航天器LFSS结构设计,避免出现在轨热致振动现象。 展开更多

关键词 大型柔性空间结构 热特征时间 热致振动

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压电复合梁高阶有限元模型与主动振动控制研究 被引量：8

17

作者 蒋建平 李东旭 《动力学与控制学报》 2007年第2期141-146,共6页

大型柔性空间结构的振动控制问题引起了广泛的关注.压电材料以其低质量、宽频带和适应性强等特点,非常适合于柔性空间结构的振动控制.本文针对上下表面粘贴有分布式压电传感器和作动器的智能层梁结构,提出了一种考虑压电材料对结构质量... 大型柔性空间结构的振动控制问题引起了广泛的关注.压电材料以其低质量、宽频带和适应性强等特点,非常适合于柔性空间结构的振动控制.本文针对上下表面粘贴有分布式压电传感器和作动器的智能层梁结构,提出了一种考虑压电材料对结构质量、刚度影响的高阶有限元模型.考虑到空间结构可能承受较大的热载荷,在模型中计及了压电材料的热电耦合效应.采用常增益负反馈控制方法、常增益速度负反馈控制方法、Lyapunov反馈控制方法和线性二次型调节器方法(LQR)设计主动控制器,实现了智能层梁结构脉冲激励下的振动主动控制.仿真结果表明,LQR方法更能有效的实现结构振动控制,并且具有更低的作动器峰值电压,但不能消除热载荷引起的结构静变形. 展开更多

关键词 主动振动控制 柔性空间结构 压电材料 有限元 Lyapunov反馈 LQR方法

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多柔体系统动力学研究进展与挑战 被引量：32

18

作者 田强 刘铖 +1 位作者 李培 胡海岩 《动力学与控制学报》 2017年第5期385-405,共21页

首先回顾多体系统动力学的学科发展和学术交流情况,然后系统概述了多柔体系统动力学方程数值算法、多柔体系统接触/碰撞动力学与柔性空间结构展开动力学三个方面的研究进展及值得关注的若干问题,最后给出了开展多柔体系统动力学研究的... 首先回顾多体系统动力学的学科发展和学术交流情况,然后系统概述了多柔体系统动力学方程数值算法、多柔体系统接触/碰撞动力学与柔性空间结构展开动力学三个方面的研究进展及值得关注的若干问题,最后给出了开展多柔体系统动力学研究的若干建议. 展开更多

关键词 多柔体系统 数值算法 接触/碰撞 柔性空间结构

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