空間望遠鏡分布式壓電振動抑制技術研究.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)境中存在諸多復雜的因素，空間望遠鏡要實現高精度穩(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，有必要對空間望遠鏡進行減振。對于空間望遠鏡減振，國外已發(fā)射的Hubble望遠鏡以及即將發(fā)射的JWST空間望遠鏡主要以隔振為主。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

2、。并且NASA規(guī)劃的下一代空間望遠鏡ATLAST也采用了主動減振技術。對此，本文針對空間望遠鏡支撐架，對其進行分布式壓電主動控制技術研究。
　　首先文中設計空間望遠鏡支撐架樣機基本結構，給出節(jié)點和單元標號。根據有限元相關知識，分析得出整體剛度矩陣、質量矩陣以及力矢量。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，采用模態(tài)截斷法建立模態(tài)動力學方程，為仿真分析奠定基礎。
　　研究了空間望遠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特性，推導出時域響應表達式和頻響函數表達式。同時在MATLAB中編寫程序實現支撐架的時域響應和頻域響應，并利用形函數可得到兩節(jié)點間任意位置的位移。最后，利用模態(tài)應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確的模型，根據空間望遠鏡支撐架動力學方程，推導給出了支撐架的特征模型表達式。由于特征參數的重要性，繼而研究給出了特征參數的特點，為在特征參數辨識時確定特征參數初值提供依據

4、。本文在先后研究了常見的幾種參數辨識方法后，選擇改進的多信息濾波增廣隨機梯度法進行特征參數辨識。仿真結果驗證了特征模型的準確性以及多信息濾波增廣隨機梯度法的有效性。
　　在特征模型基礎上，設計出結構簡單、跟蹤性能好以及魯棒性強的控制器就顯得非常重要。首先設計了基于特征模型的智能自適應控制器，并且為了降低調參復雜度，利用廣義最小方差原理對控制器參數進行了優(yōu)化。其次，考慮到空間環(huán)境中存在不確定干擾，因而有必要設計研究基于特征模型的滑模