第 2 卷第 5 期
智 能 系 统 学 报
Vol. 2 №. 5
2007 年 10 月
CAAI Transactions on Intelligent Systems
Oct. 2007
基于特征模型的挠性结构自适应振动控制
邱志成
1
,吴宏鑫
2
(
1. 华南理工大学 机械工程学院 ,广东 广州 510641 ;2. 中国空间技术研究院 北京控制工程研究所 ,北京 100080
)
摘 要 :航天器是一种由中心刚体和挠性附件组成的刚柔耦合复杂系统 ,由于系统调姿或外部扰动作用时将引起振
动 ,尤其是在平衡位置的小幅度振动对姿态稳定度和指向控制精度严重影响 ,并且难以控制. 为了解决该问题 ,采用
基于特征模型的黄金分割自适应控制方法 ,并引入逻辑微分阻尼项进行振动主动控制. 建立了刚柔耦合结构实验平
台 ,进行了包括位置设定点及转动振动主动控制的算法实验比较 ,结果表明 ,采用的基于特征模型的方法得到了比
较理想的振动抑制效果 ,尤其是对低频小幅值振动的抑制 ,在相同条件下 ,与传统控制方法相比 ,大大减少了振动抑
制的时间. 实验研究表明采用的算法快速抑制振动的有效性.
关键词 :挠性结构 ;振动主动控制 ;特征模型 ;自适应控制
中图分类号 : TP273 文献标识码 :A 文章编号 :167324785
(
2007
)
0520036206
Adaptive control for vibration of flexible structures
based on the characteristic model
QIU Zhi2cheng
1
, WU Hong2xin
2
(
1. School of Mechanical Engineering , South China University of Technology , Guangzhou 510641 , China ;2. Beijing Institute
of Control Engineering , Chinese Academy of Space Technology , Beijing 100080 , China
)
Abstract : Spacecraft are kinds of coupled systems made up of rigid bodies and flexible appendages. Vibra2
tion is unavoidably induced by attitude control or external excitations. Low amplitude vibration near the e2
quilibrium point is especially difficult to suppress , and this is harmful to stability and attitude control accu2
racy. To solve this problem , a golden section adaptive control method based on the characteristic model
was adopted , in which a differential damping term was introduced to suppress vibration. An experimental
setup was designed and manufactured to verify this approach. The effectiveness of active vibration control2
lers at suppressing unwanted vibration due to environmental excitation was investigated , especially unde2
sirable oscillations caused by motor torque during hub slewing. Experimental results show that this algo2
rithm not only increases the effectiveness of vibration damping but also damps low amplitude vibrations
near the equilibrium point faster than traditional control schemes , proving that this control scheme im2
proves control of vibration.
Keywords :flexible structures ; active vibration control ; characteristic model ; adaptive control
收稿日期 :2007202228.
基金项目:国家自然科学基金资助项目
(
60404020
)
;国家自然科学基
金空天飞行器重大研究计划资助项目
(
90505014
)
;广东省
自然科学基金资助项目
(
05006499
)
.
航天器大型挠性附件如大型天线、太阳帆板等 ,
它们的振动将影响稳定性和指向控制精度
[1 ]
,尤其
是需要精确地控制其位置和指向. 空间机器人及航
天器挠性附件的展开机构中一般采用谐波齿轮减速
器 ,它具有柔性关节特性 ,将带来谐振等现象
[2 ]
. 因
此 ,对挠性的动力学建模和振动控制研究具有特别
重要的理论和应用意义. 诸多研究者对挠性结构建
模和控制进行了研究
[1 - 6 ]
,柔性机械臂的期望的端
部调节性能为
[4 ]
关节角位移运动收敛到最终的位
置 ,并且弹性振动被有效的抑制. 研究工作主要有直
接应变反馈控制方法
[3 ]
,将关节 PD 控制与非线性
应变反馈相结合提出了基于能量的鲁棒控制方法及
其自适应控制方法
[4 ]
,采用压电驱动器正位反馈控