氣動隔振器及八作動器隔振平臺控制問題研究.pdf

1、在衛(wèi)星的壽命周期內(nèi)，發(fā)射過程中的振動環(huán)境最為惡劣。采用六自由度隔振平臺作為運載火箭和衛(wèi)星的連接裝置，能夠隔離火箭傳遞到衛(wèi)星的振動載荷，改善衛(wèi)星發(fā)射過程的動力學(xué)環(huán)境。為保證可靠性和提高承載能力，本文采用氣動八作動器主-被動一體化隔振平臺實現(xiàn)衛(wèi)星的六自由隔振。論文研究了氣動隔振器及其構(gòu)成的八作動器隔振平臺的控制問題，重點研究了八作動器隔振平臺的解耦控制方法。
　　首先建立了氣動主-被動一體化隔振器的動力學(xué)模型，分析了隔振器采用負(fù)載加速

2、度反饋、相對位移反饋、氣腔壓力反饋以及基座加速度前饋控制時的控制性能，并通過實驗進行了驗證。然后將自適應(yīng)濾波算法應(yīng)用于氣動隔振器的主動控制，通過實驗對濾波x-LMS算法的兩種控制器結(jié)構(gòu)——自適應(yīng)橫向濾波器與自適應(yīng)梳狀濾波器進行了對比分析，討論了影響振動控制效果的主要因素。實驗結(jié)果顯示，對簡諧激勵，兩種濾波器的控制效果基本相同；但對含有多個諧波成分的周期激勵，采用自適應(yīng)梳狀濾波器能得到更好的振動抑制效果。通過在自適應(yīng)濾波器中引入偏置權(quán)，還

3、可以抑制負(fù)載的低頻干擾。
　　采用牛頓-歐拉法建立了多動器并聯(lián)六自由度隔振平臺的動力學(xué)模型，分析了平臺的通道耦合屬性。分析結(jié)果表明，當(dāng)各作動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同時，平臺的通道耦合屬性取決于平臺構(gòu)型和有效載荷的安裝方式，作動器本身的動力學(xué)特性對平臺的通道耦合屬性沒有影響。設(shè)計了幾種六自由度隔振平臺構(gòu)型。對于這些構(gòu)型，當(dāng)有效載荷滿足一定的安裝條件時，平臺的反饋通道具有一類解耦特征，其解耦控制比較容易實現(xiàn)。通過對這些構(gòu)型的對比分析，本文的隔

4、振平臺選用一種對稱的八作動器構(gòu)型。文中還分析了該八作動器隔振平臺的剛度矩陣與構(gòu)型參數(shù)的關(guān)系，為平臺的剛度設(shè)計提供了依據(jù)。
　　論文系統(tǒng)研究了八作動器隔振平臺的解耦控制問題。當(dāng)有效載荷質(zhì)心位于平臺縱軸的延長線上、且載荷的質(zhì)量矩陣為對角陣時，平臺的動力學(xué)方程可分解為兩個獨立的單輸入單輸出通道和兩個兩輸入兩輸出子系統(tǒng)。而在任意負(fù)載條件下，平臺的六個輸入輸出通道間均存在交叉耦合影響。文中給出了一種解耦算法，這種算法即能用于第一種負(fù)載條件下

5、平臺二階子系統(tǒng)的解耦，又可推廣到任意負(fù)載條件下平臺的解耦控制。然后分別采用比例控制和自適應(yīng)濾波算法設(shè)計了平臺的解耦控制器，對平臺進行了仿真分析。
　　此外，分析了負(fù)載柔性、作動器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量以及彈簧分布質(zhì)量對平臺隔振性能的影響。仿真分析結(jié)果顯示，八作動器隔振平臺頂端放置柔性衛(wèi)星時，平臺通道間的耦合增強了，但是平臺各主通道的振動仍然是主要的，采用所提出的解耦控制方法仍然能夠很好地抑制平臺振動。建立了考慮作動器質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量情況下

6、平臺的動力學(xué)模型。分析結(jié)果表明，當(dāng)平臺八個作動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同時，作動器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量對平臺的通道耦合屬性沒有影響。由于轉(zhuǎn)動慣量的作用，平臺傳遞率曲線的高頻段略有抬高，平臺的高頻隔振性能變差。作動器中彈簧分布質(zhì)量的影響是使平臺傳遞率曲線出現(xiàn)高頻諧振峰。
　　最后，通過實驗驗證了采用氣動主-被動一體化隔振器的八作動器隔振平臺的主、被動隔振性能。分別采用比例控制和自適應(yīng)濾波算法設(shè)計了平臺的解耦控制器，并在縱向和橫向兩種激振方式下對平