基于压电材料的太阳帆板振动主动控制研究

admin · 发表于 2024-1-30 17:57:44

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航天柔性结构在受到诸如本身的机动、陨石及太空垃圾的撞击、光压的不平衡等因素的激励时就可能产生大幅度的振动。又因柔性结构本身内阻很低，且运行于几乎无外阻的外层太空，被激励起的振动就很难在短时间内迅速衰减。柔性附件这种长时间的振动一方面影响附件本身的工作，另一方面还可能导致结构的疲劳破坏，缩短系统的使用寿命。因此，为了确保航天器系统能够长期、稳定的工作，对航天飞行器的大型柔性附件的振动进行有效地控制具有重要的理论和工程价值。压电材料由于其性能稳定、频带宽、线性度好、可以制作成薄片结构，它的应用研究日益受到重视，并成为航天器振动主动控制作动器/传感器的首选材料之一。本文进行了基于压电材料的太阳帆板振动主动控制研究。主要研究内容如下：(1) 对太阳帆板板间铰链和根部铰链进行了的动刚度试验，得到了铰链等效动刚度参数，在此基础上建立了太阳帆板系统的精细化有限元模型；(2) 采用太阳帆板模态试验得到的动力学参数数据对该系统的有限元模型进行了修正和验证，通过引入卫星本体结构建立了刚柔一体的帆板系统，在此基础上定量分析了帆板对星体姿态角的影响，获得了描述系统的几个主模态；(3) 利用D优化准则对压电片作动器和传感器在太阳帆板上的布置进行了约束条件下的优化配置分析，并对比分析有约束和无约束条件下的配置情况。得到了采用压电片作动器和传感器对帆板系统进行主动控制时的优化布置结果。为验证D优化配置的有效性，又进行了压电对的随机配置。最后定量分析配置方案对帆板系统特性的影响。(4) 基于以上研究结果，建立了包含压电材料的太阳帆板状态空间方程，采用线性二次最优控制方法，采用matlab对该系统在多种激励下的振动主动控制进行了研究，并对研究结果进行了分析，为以后的试验提供参考和打下基础。

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