空間可展開桁架結構動力學分析及振動主動抑制研究.pdf

1、由于空間可折展桁架結構具有折疊比大、質量輕和高剛度等優(yōu)點，近年來在航天領域得到廣泛應用?？臻g桁架結構工作在零重力環(huán)境下，一旦受到來自航天器、端部載荷、隕石撞擊或高低溫交變載荷的激勵，很容易激起低頻、大幅度振動。由于桁架自身在零重力環(huán)境下阻尼很小，這種振動很難衰減，將對航天任務造成重大影響。傳統(tǒng)的被動振動控制對高頻振動效果較好，且需要通過以增加附加質量為代價實現(xiàn)，在航天領域應用具有一定的局限性。因此，開展空間桁架結構的振動主動控制研究勢在

2、必行。
　　本文以空間桁架式可展開支撐臂為研究對象，從主動控制構件設計、桁架動力學建模與分析、振動主動控制策略和動力學及振動主動控制實驗四個方面開展桁架式支撐臂的動力學和振動主動控制研究。
　　對壓電陶瓷作動器的工作原理進行分析，并通過實驗研究了疊堆式壓電陶瓷作動器的動靜態(tài)位移輸出特性，設計出了能夠替代空間桁架結構中支撐桿的主動控制構件。為解決壓電陶瓷輸出位移小的缺點，提出了一種新型的形狀記憶合金作動器，并設計了其加熱冷卻系

3、統(tǒng)，對所提出的新型形狀記憶合金作動器進行了特性分析和原理實驗。
　　振動主動控制與被控對象的動力學特性往往息息相關，密不可分。因此，研究振動主動控制一般先從動力學研究著手。分別編寫了采用三維桿單元和剛架單元對桁架動力學建模的程序，建立了桁架的動力學模型。分析計算了桁架的主要固有頻率和模態(tài)振型，為探究影響桁架振動特性的因素以及為后續(xù)的振動主動控制仿真做準備，并分析了各模態(tài)對應的桿件應變能分布情況，用以確定振動主動控制中主動控制構件的

4、布置位置。
　　研究了桁架振動主動控制方法，采用模態(tài)空間下的二次型最優(yōu)控制方法對桁架振動主動控制進行仿真，分析了控制前后振動幅度衰減情況。研究了主動控制桿位置和數(shù)量對控制結果的影響情況；結合模態(tài)置信度矩陣和多島遺傳算法，對實際控制中傳感器位置和數(shù)量進行了優(yōu)化配置。
　　利用錘擊法進行空間可展開桁架式支撐臂的模態(tài)試驗，利用模態(tài)分析軟件得到固有頻率和振型，將實驗測試結果與理論建模結果進行對比。將主動控制桿件替換桁架支撐桿后，利用