整星磁流变隔振仿人智能控制研究

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卫星与运载火箭之间多采用刚度大、阻尼小的被动适配器进行连接,来自运载火箭的振动激励载荷会传递至卫星,会影响卫星内部设备的精度和寿命,严重时甚至导致卫星发射失败。采用整星隔振方法能够提高卫星结构的安全性、降低发射失败的风险,整星被动控制无法保证低频时的隔振性能,整星主动控制效果较好但系统复杂,需要向系统注入较多的能量,存在失稳的可能性,而整星半主动控制的效果能媲美主动控制且能耗少,因此,对整星半主动振动控制的研究具有重要意义。磁流变阻尼器具有响应时间短、耗能少和阻尼可调等优点,尤其适合用作半主动隔振控制系统的执行器,目前对整星隔振平台半主动振动控制的研究较少,并且对其进行控制的半主动控制算法较为传统,针对这个问题,本文根据整星磁流变隔振系统卫星状态的变化规律设计了一种仿人智能控制策略,通过整星磁流变隔振仿人智能控制仿真对设计的仿人智能控制策略的有效性进行了验证,通过开环实验对整星磁流变隔振系统的有效性进行了验证。本文研究主要内容如下:(1)对整星隔振用磁流变阻尼器的性能测试及建模研究。首先通过MTS对整星隔振用磁流变阻尼器在不同工况下的力学性能进行了测试与分析,然后对现有的磁流变阻尼器力学模型进行了对比,最后采用参数辨识简单且能准确地描述阻尼器滞回特性的多项式模型对磁流变阻尼器进行了建模。(2)对整星磁流变隔振平台进行了有限元分析,建立了整星磁流变隔振系统的动力学模型并对其传递函数进行了分析。首先建立了整星磁流变隔振平台的有限元模型,对平台的隔振性能进行了有限元分析,最后建立了整星磁流变隔振系统的动力学模型,对其传递函数进行了分析,为之后进行整星磁流变隔振仿人智能控制研究奠定了基础。(3)整星磁流变隔振系统仿人智能控制仿真。首先介绍了基于动觉智能图式的仿人智能控制理论,然后针对整星磁流变隔振系统设计了仿人智能控制器及其它两种控制策略的控制器,最后基于整星磁流变隔振系统的动力学模型进行了不同控制策略下的仿真分析,并对不同控制策略的控制效果进行了对比。(4)开展了整星磁流变隔振系统开环实验。搭建了整星磁流变隔振实验系统,介绍了实验系统的组成和具体的实验过程,开展了不同工况下的整星磁流变隔振系统开环实验,通过实验对整星磁流变隔振系统的有效性进行了验证。
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