[发明专利]一种挠性航天器作动器布局优化方法

说明书

一种挠性航天器作动器布局优化方法，解决了现有航天器作动器/传感器布局优化方法通用性差的问题，属于结构振动控制领域。本发明包括：S1、对柔性结构进行模态分析，获取柔性结构振动的模态信息利用模态信息得到各阶模态的有效模态质量M_eff,i；S2、建立作动器布局优化准则：S3、以作动器布局优化准则作为作动器的安装位置布局的适应度函数，求解适应度函数值最大的作动器的安装位置布局为作动器最优的安装位置布局，完成作动器布局优化。

技术领域

本发明涉及一种挠性航天器作动器布局优化方法，属于结构振动控制领域。

背景技术

随着航天器在轨任务的日益复杂，其结构尺寸也随之越来越大。其中带有大柔性附件的卫星在轨运行期间将会受到各种空间环境载荷的作用；其次，在卫星进行姿态、轨道调整的过程中，由于柔性附件的结构尺寸和材料特性，当接近柔性附件的固有频率时，也会激起结构振动；再次，卫星其他附加部件的局部运动，以及内部飞轮、控制力矩陀螺工作时不可避免也会产生振动，主要表现为高频振颤，也会成为导致柔性附件振动的干扰源。因此，需要对柔性附件进行振动抑制控制，其中常见的是被动与主动振动控制，也可通过与被动的刚度或阻尼装置相结合，构成主被动一体化控制方法，来抑制结构的振动。

其中作动器和传感器是实现结构主动振动控制的关键器件，而对越是规模庞大、构件复杂的挠性空间结构，对其施加主动振动控制，越需要采用各阶次多数目多位置组合的作动器/传感器布局。由于挠性结构振动各阶模态本身的耦合特性，不恰当的作动器/传感器数量和位置布局，不仅影响系统参数辨识的准确性，在施加控制时会既不能有效地抑制受控阶次，反而激发未控阶次的耦合弱振动，也即溢出现象，对控制系统的性能优劣起决定性影响。除了对系统性能的影响以外，在工程实践中，随意的布局方案也意味着实际布线的繁杂和重叠，系统能耗增加，电磁干扰增多，信号处理过程变慢，检修维护难度和成本的增加。因此，进行作动器/传感器的数目和位置布局优化是很有必要的，目前提出的布局优化准则有可控度可观度准则、系统能量准则、系统响应准则等，但对控制溢出现象削弱方面的研究内容较少。

传统的作动器/传感器优化准则往往只考虑了一种关心的性能指标，例如系统的可控度、能量、响应或溢出。而对于在轨服务的大挠性卫星，对振动抑制系统的可靠性有很大的要求，同时也要求系统能耗尽可能低。这就要求作动器的布局，既要兼顾可控度以及能量方面的要求，也要避免大的控制溢出导致的可靠性降低。而传统的减弱控制溢出的优化准则中，存在一定的参数需要设计者的经验以及大量的仿真进行确定，属于一种通用性较差的经验法。

发明内容

针对现有航天器作动器/传感器布局优化方法通用性差的问题，本发明提供一种有较好通用性的挠性航天器作动器布局优化方法。

本发明的一种挠性航天器作动器布局优化方法，所述方法包括：

S1、对柔性结构进行模态分析，获取柔性结构振动的模态信息利用模态信息得到各阶模态的有效模态质量；

S2、建立作动器布局优化准则：

其中，Crit表示作动器布局优化准则函数值；

M_eff,i表示各阶模态的有效模态质量；

λ_i表示各阶受控模态的可控性格拉姆矩阵W_c,i的特征值；

λ_j表示各阶未控模态的可控性格拉姆矩阵G_c,j的特征值；

σ(λ_iM_eff,i)表示标准差；

n_c表示受控模态的阶数；

n_r表示截断后未控模态的阶数；