發(fā)布時(shí)間：2017-08-07 23:02

  本文關(guān)鍵詞：空間望遠(yuǎn)鏡分布式壓電振動(dòng)抑制技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 空間望遠(yuǎn)鏡 主動(dòng)減振 壓電片 模態(tài)應(yīng)變能 特征模型 參數(shù)辨識(shí) 智能控制 滑�？刂�

【摘要】：隨著人類加快對太空的探索研究步伐,對空間望遠(yuǎn)鏡穩(wěn)像精度要求也變得越來越高。由于太空環(huán)境中存在諸多復(fù)雜的因素,空間望遠(yuǎn)鏡要實(shí)現(xiàn)高精度穩(wěn)像是非常困難的。這些影響因素中,振動(dòng)對穩(wěn)像精度的影響尤為突出。為了提高穩(wěn)像精度,有必要對空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行減振。對于空間望遠(yuǎn)鏡減振,國外已發(fā)射的Hubble望遠(yuǎn)鏡以及即將發(fā)射的JWST空間望遠(yuǎn)鏡主要以隔振為主。但是由于被動(dòng)隔振器隔振性能有限,對低頻振動(dòng)無能為力。因而為了進(jìn)一步提高穩(wěn)像精度,有必要考慮主動(dòng)減振技術(shù)。并且NASA規(guī)劃的下一代空間望遠(yuǎn)鏡ATLAS T也采用了主動(dòng)減振技術(shù)。對此,本文針對空間望遠(yuǎn)鏡支撐架,對其進(jìn)行分布式壓電主動(dòng)控制技術(shù)研究。 首先文中設(shè)計(jì)空間望遠(yuǎn)鏡支撐架樣機(jī)基本結(jié)構(gòu),給出節(jié)點(diǎn)和單元標(biāo)號(hào)。根據(jù)有限元相關(guān)知識(shí),分析得出整體剛度矩陣、質(zhì)量矩陣以及力矢量。為了消除剛度矩陣的奇異性,需要添加邊界約束條件。為了降低系統(tǒng)維數(shù),采用模態(tài)截?cái)喾ń⒛B(tài)動(dòng)力學(xué)方程,為仿真分析奠定基礎(chǔ)。 研究了空間望遠(yuǎn)鏡支撐架在脈沖激勵(lì)、階躍激勵(lì)以及簡諧激勵(lì)下的時(shí)域響應(yīng)特性,推導(dǎo)出時(shí)域響應(yīng)表達(dá)式和頻響函數(shù)表達(dá)式。同時(shí)在MATLAB中編寫程序?qū)崿F(xiàn)支撐架的時(shí)域響應(yīng)和頻域響應(yīng),并利用形函數(shù)可得到兩節(jié)點(diǎn)間任意位置的位移。最后,利用模態(tài)應(yīng)變能和最大振幅思想來優(yōu)化得出表貼壓電片的位置。 為了得到一個(gè)簡單準(zhǔn)確的模型,根據(jù)空間望遠(yuǎn)鏡支撐架動(dòng)力學(xué)方程,推導(dǎo)給出了支撐架的特征模型表達(dá)式。由于特征參數(shù)的重要性,繼而研究給出了特征參數(shù)的特點(diǎn),為在特征參數(shù)辨識(shí)時(shí)確定特征參數(shù)初值提供依據(jù)。本文在先后研究了常見的幾種參數(shù)辨識(shí)方法后,選擇改進(jìn)的多信息濾波增廣隨機(jī)梯度法進(jìn)行特征參數(shù)辨識(shí)。仿真結(jié)果驗(yàn)證了特征模型的準(zhǔn)確性以及多信息濾波增廣隨機(jī)梯度法的有效性。 在特征模型基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單、跟蹤性能好以及魯棒性強(qiáng)的控制器就顯得非常重要。首先設(shè)計(jì)了基于特征模型的智能自適應(yīng)控制器,并且為了降低調(diào)參復(fù)雜度,利用廣義最小方差原理對控制器參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。其次,考慮到空間環(huán)境中存在不確定干擾,因而有必要設(shè)計(jì)研究基于特征模型的滑模自適應(yīng)控制器。文中從滑模趨近律角度設(shè)計(jì)了兩種滑�？刂破�,且利用韓式函數(shù)替代了符號(hào)函數(shù),進(jìn)一步削弱滑模抖振�？刂品抡嬲f明了三種控制器的有效性,對比亦可說明其調(diào)參難度以及魯棒性強(qiáng)弱。 最后,基于空間支撐架實(shí)驗(yàn)平臺(tái)做分布式壓電振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明對于剛度較大的空間支撐架,壓電片仍然具有較好的減振效果。因而可在與望遠(yuǎn)鏡敏感器件相連的區(qū)域表貼一定數(shù)量的壓電片,實(shí)現(xiàn)局部區(qū)域減振,從而提高空間望遠(yuǎn)鏡探測精度。
【關(guān)鍵詞】：空間望遠(yuǎn)鏡 主動(dòng)減振 壓電片 模態(tài)應(yīng)變能 特征模型 參數(shù)辨識(shí) 智能控制 滑模控制
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH751;TB535
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-11
• 表格11-12
• 插圖12-16
• 第1章 引言16-22
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 國內(nèi)外空間支撐架振動(dòng)主動(dòng)控制研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.1 空間支撐架動(dòng)力學(xué)建模研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.2 振動(dòng)主動(dòng)控制中作動(dòng)器以及傳感器發(fā)展現(xiàn)狀18-19
• 1.2.3 振動(dòng)主動(dòng)控制中作動(dòng)器以及傳感器位置優(yōu)化研究現(xiàn)狀19
• 1.2.4 振動(dòng)主動(dòng)控制策略研究現(xiàn)狀19
• 1.3 論文主要內(nèi)容19-22
• 第2章 動(dòng)力學(xué)建模22-34
• 2.1 空間望遠(yuǎn)鏡支撐架22-23
• 2.2 空間望遠(yuǎn)鏡支撐架動(dòng)力學(xué)建模23-32
• 2.2.1 三維梁單元建模23-27
• 2.2.2 壓電梁單元建模27-30
• 2.2.3 空間剛架建模30-32
• 2.3 本章小結(jié)32-34
• 第3章 振動(dòng)特性分析以及壓電片位置優(yōu)化34-50
• 3.1 支撐架的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)34-36
• 3.2 支撐架頻響分析36-37
• 3.3 支撐架振動(dòng)特性分析37-44
• 3.4 壓電片位置優(yōu)化44-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第4章 特征建模及特征參數(shù)辨識(shí)50-64
• 4.1 空間望遠(yuǎn)鏡支撐架特征建模50-53
• 4.2 特征參數(shù)特點(diǎn)及其辨識(shí)方法研究53-58
• 4.2.1 特征參數(shù)特點(diǎn)54-55
• 4.2.2 特征參數(shù)辨識(shí)55-58
• 4.3 特征模型驗(yàn)證58-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 第5章 基于特征模型的控制器設(shè)計(jì)64-86
• 5.1 基于特征模型的黃金分割自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)64-69
• 5.2 基于特征模型的滑�？刂破髟O(shè)計(jì)69-76
• 5.3 望遠(yuǎn)鏡支撐架仿真算例76-84
• 5.3.1 激勵(lì)下支撐架控制性能仿真76-82
• 5.3.2 帶擾動(dòng)激勵(lì)下支撐架控制性能仿真82-84
• 5.4 本章小結(jié)84-86
• 第6章 壓電減振實(shí)驗(yàn)86-96
• 6.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及設(shè)備介紹86-87
• 6.2 空間剛架激勵(lì)響應(yīng)87-88
• 6.3 空間剛架分布式壓電減振實(shí)驗(yàn)88-94
• 6.3.1 PZT3和PZT4同位配置88-92
• 6.3.2 PZT1和PZT2、PZT3和PZT4、PZT7和PZT8同位配置92-94
• 6.4 本章小結(jié)94-96
• 第7章 總結(jié)與展望96-98
• 7.1 論文主要工作和貢獻(xiàn)96-97
• 7.2 前景展望97-98
• 參考文獻(xiàn)98-102
• 致謝102-104
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及研究成果104

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 賈瑞慶;趙志浦;龔靖;;主動(dòng)桁架動(dòng)力學(xué)建模研究[J];東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年06期

2 楊立永;張?jiān)讫?陳智剛;李正熙;;基于參數(shù)辨識(shí)的PMSM電流環(huán)在線自適應(yīng)控制方法[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2012年03期

3 周星德,汪鳳泉;基于可靠性的框架結(jié)構(gòu)作動(dòng)器/傳感器最優(yōu)配置[J];東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2003年06期

4 段學(xué)超,仇原鷹,段寶巖;大射電望遠(yuǎn)鏡精調(diào)Stewart平臺(tái)工作空間研究[J];電子機(jī)械工程;2004年05期

5 張連振;黃僑;王潮海;;基于多目標(biāo)遺傳算法的傳感器優(yōu)化布點(diǎn)研究[J];工程力學(xué);2007年04期

6 鐘平;一種改進(jìn)的代表點(diǎn)匹配算法在穩(wěn)像技術(shù)中的應(yīng)用[J];光學(xué)技術(shù);2005年05期

7 周慶才,王志堅(jiān),王春艷;基于穩(wěn)像理論的空間光學(xué)遙感像移補(bǔ)償?shù)姆治雠c計(jì)算[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2004年03期

8 錢義先;梁偉;高曉東;;航空穩(wěn)像光電平臺(tái)設(shè)計(jì)[J];光子學(xué)報(bào);2009年08期

9 潘旦光;;直接確定Rayleigh阻尼系數(shù)的一種優(yōu)化方法[J];工程力學(xué);2013年09期

10 初守艷;席志紅;;改進(jìn)Noble算子匹配的電子穩(wěn)像法[J];光學(xué)精密工程;2014年01期

，

本文編號(hào)：637104