空間望遠(yuǎn)鏡分布式壓電振動抑制技術(shù)研究.pdf

1、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)鏡要實現(xiàn)高精度穩(wěn)像是非常困難的。這些影響因素中，振動對穩(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。但是由于被動隔振器隔振性能有限，對低頻振動無能為力。因而為了進一步提高穩(wěn)像精度，有必要考慮主動減振技術(shù)

2、。并且NASA規(guī)劃的下一代空間望遠(yuǎn)鏡ATLAST也采用了主動減振技術(shù)。對此，本文針對空間望遠(yuǎn)鏡支撐架，對其進行分布式壓電主動控制技術(shù)研究。
　　首先文中設(shè)計空間望遠(yuǎn)鏡支撐架樣機基本結(jié)構(gòu)，給出節(jié)點和單元標(biāo)號。根據(jù)有限元相關(guān)知識，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)截斷法建立模態(tài)動力學(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、

3、階躍激勵以及簡諧激勵下的時域響應(yīng)特性，推導(dǎo)出時域響應(yīng)表達(dá)式和頻響函數(shù)表達(dá)式。同時在MATLAB中編寫程序?qū)崿F(xiàn)支撐架的時域響應(yīng)和頻域響應(yīng)，并利用形函數(shù)可得到兩節(jié)點間任意位置的位移。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。
　　為了得到一個簡單準(zhǔn)確的模型，根據(jù)空間望遠(yuǎn)鏡支撐架動力學(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，為在特征參數(shù)辨識時確定特征參數(shù)初值提供依據(jù)

4、。本文在先后研究了常見的幾種參數(shù)辨識方法后，選擇改進的多信息濾波增廣隨機梯度法進行特征參數(shù)辨識。仿真結(jié)果驗證了特征模型的準(zhǔn)確性以及多信息濾波增廣隨機梯度法的有效性。
　　在特征模型基礎(chǔ)上，設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、跟蹤性能好以及魯棒性強的控制器就顯得非常重要。首先設(shè)計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)計研究基于特征模型的滑模