[发明专利]一种用于航天器柔性结构的加速度反馈振动控制方法

权利要求书

1.一种用于航天器柔性结构的加速度反馈振动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、对待控制结构进行仿真建模分析或进行试验测试，获得所述待控制结构的动力学方程及传递函数；所述待控制结构为航天器中柔性结构；

S2、针对所述待控制结构构建振动控制系统，并设计基于加速度反馈的控制器，所述控制器中引入一个二阶系统补偿器和一个一阶系统补偿器，并配置补偿器阻尼参数ζ_f，频率参数ω_f；

S3、配置控制器的反馈增益α和β，控制输出为所述二阶系统补偿器和所述一阶系统补偿器的变量相加并作负反馈。

2.如权利要求1所述的一种用于航天器柔性结构的加速度反馈振动控制方法，其特征在于，所述待控制结构的振动系统为单自由度的振动系统，则S2包括如下步骤：

S21：构建二阶系统补偿器方程如下：

其中y是二阶系统补偿器变量，是y的二阶导数，是y的一阶导数，ζ_f是补偿器阻尼参数，ω_f是补偿器频率参数，x是模态坐标，为x的二阶导数；

构建一阶系统补偿器方程如下：

式中，z是一阶系统补偿器变量，是z的一阶导数；

S22：将补偿器写成传递函数形式，则所述二阶系统补偿器的加速度响应输入A(s)与控制输出Y(s)的传递函数形式，如下：

所述一阶系统补偿器的加速度响应输入A(s)与控制输出Z(s)的传递函数形式，如下：

3.如权利要求2所述的一种用于航天器柔性结构的加速度反馈振动控制方法，其特征在于，补偿器频率参数ω_f接近所述振动系统的固有频率ω，即ω_f≈ω；阻尼参数ζ_f可根据试验具体情况进行设置。

4.如权利要求1所述的一种用于航天器柔性结构的加速度反馈振动控制方法，其特征在于，所述待控制结构的振动系统为k阶自由度系统，k≥2时：

所构建的二阶系统补偿器方程为

所构建的一阶系统补偿器方程为

其中，Γ_f∈R^k×k为补偿器阻尼参数矩阵，R^k×k指k×k规模的实数阵；Ω_f∈R^k×k为补偿器频率参数矩阵；Y为针对k阶自由度二阶系统补偿器变量，为Y的二阶导，为Y的一阶导，q为模态坐标向量，为q的二阶导，D为振动系统中的作动器配置矩阵，Z为针对k阶自由度一阶系统补偿器变量，为Z的一阶导。

5.如权利要求4所述的一种用于航天器柔性结构的加速度反馈振动控制方法，其特征在于，保证频率参数矩阵Ω_f中设计频率接近需要控制的振动系统的k阶固有频率，即ω_fi≈ω_i(i＝1,2,…,k)，其中ω_fi为频率参数矩阵Ω_f中的第i个设计频率，ω_i为所述振动系统的第i阶固有频率；阻尼参数矩阵Γ_f中的设计阻尼ζ_fi，根据试验具体情况进行设置。

6.如权利要求1、2或3任一所述的一种用于航天器柔性结构的加速度反馈振动控制方法，其特征在于，振动系统是单自由度系统，S3具体步骤包括：

所设计基于加速度反馈的控制器的控制输出的表达式为

u＝-(αy+βz) (9)

其中u为所设计基于加速度反馈的控制器的控制输出，用于控制振动系统；α为二阶系统补偿器的反馈增益，β为一阶系统补偿器的反馈增益；

振动系统闭环回路由于传感测量、控制器运算以及执行作动器驱动过程产生的系统时滞为t_k，则振动系统的延迟相位为θ_k＝t_k·ω，ω为振动系统的固有频率，令ω_f≈ω，则控制器的反馈增益α和β的配置应满足如下等式：

7.如权利要求1、4或5任一所述的一种用于航天器柔性结构的加速度反馈振动控制方法，其特征在于，振动系统是多自由度系统，S3具体包括如下步骤：

所设计基于加速度反馈的控制器的控制表达式为

U＝-(A_αY+B_βZ) (10)

式中，U为所设计基于加速度反馈的控制器的控制输出矩阵，A_α∈R^k×k为二阶系统补偿器增益矩阵，α₁～α_k分别为第1～第k个增益参数，B_β∈R^k×k为一阶系统补偿器增益矩阵，β₁～β_k分别为第1～第k个增益参数；

通过配置增益参数A_α和B_β补偿系统控制回路的时滞，使得解耦的系统各阶模态主动振动控制均可等效为直接速度反馈，A_α和B_β中的参数应满足

式中，θ_i,k为振动系统各阶模态的延迟相位θ_i,k＝t_k·ω_i，ω_i为第i阶模态频率。