六自由度隔振平臺(tái)的優(yōu)化與控制研究.pdf

1、控制力矩陀螺主要用于衛(wèi)星的姿態(tài)調(diào)節(jié)，由于其質(zhì)量分布不均等因素引起的微振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星指向精度、分辨率和星上設(shè)備壽命等性能參數(shù)的下降。隨著高分辨遙影技術(shù)在生活中的作用日益突出，針對(duì)力矩陀螺的衛(wèi)星隔振研究具有重大意義。本文提出了基于Stewart機(jī)構(gòu)力矩陀螺隔振方案，在理論建模和仿真分析的基礎(chǔ)上，對(duì)力矩陀螺隔振平臺(tái)的性能優(yōu)化以及控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了主被動(dòng)隔振方案，進(jìn)行了理論建模和相應(yīng)的特征分析，并討

2、論了質(zhì)量比、阻尼比、固有頻率比對(duì)于隔振特性的影響，并對(duì)被動(dòng)隔振模塊中的彈簧和阻尼系數(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化。對(duì) Stewart機(jī)構(gòu)的條件數(shù)和剛度進(jìn)行了分析，并采用多目標(biāo)進(jìn)化算法對(duì)這一對(duì)矛盾的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，得到Pareto最優(yōu)前沿面。⑵采用Newton-Euler方法建立了主被動(dòng)隔振平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)模型。通過(guò)分析壓電材料的特性，建立了作動(dòng)器輸出力、作動(dòng)器輸出位移和作動(dòng)器電壓之間的方程。根據(jù)Stewart隔振平臺(tái)支腿的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)，得出球鉸力與作

3、動(dòng)器輸出力之間的關(guān)系，進(jìn)而分析上平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)，得到隔振平臺(tái)的正向動(dòng)力學(xué)模型，并進(jìn)行了數(shù)值仿真。⑶采用支腿的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行支腿隔振性能的仿真分析，并進(jìn)行了隔振平臺(tái)的控制仿真。對(duì)比PID控制與魯棒控制對(duì)支腿隔振的性能影響，發(fā)現(xiàn)魯棒控制的抗干擾較強(qiáng)，穩(wěn)定性更好。魯棒控制中，研究了Q、R權(quán)值矩陣的選取對(duì)于LQR控制性能的影響，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)了中間質(zhì)量的位移、速度的降維觀測(cè)器；針對(duì)支腿隔振的性能要求設(shè)計(jì)了H-Infinity控制。最后對(duì)隔振平