[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

说明书

本发明公开了一种用于航天器柔性结构的加速度反馈振动控制方法，首先根据仿真建模分析或结构试验测试，获得结构的动力学方程及传递函数；然后设计基于加速度反馈的控制器，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和频率参数ω_f；最后配置控制器的反馈增益α和β，控制输出为两个补偿器的变量相加并作负反馈。本发明以加速度作为反馈物理量，避免了误差累积；引入二阶系统补偿器，直接以补偿器变量作负反馈，通过其低通滤波特性克服了高频控制溢出问题；增加了一阶系统补偿器，通过配置两个补偿器增益参数，解决闭环控制系统因存在时滞而产生的控制效果下降问题，提升系统的振动控制能力。

技术领域

本发明涉及振动控制技术领域，具体设计一种适用于航天器柔性结构的加速度反馈振动控制方法。

背景技术

随着航天技术的不断发展，超大尺度、多功能的航天器是未来航天器结构技术发展的重要方向。随着尺寸逐渐增大，航天器结构呈现大柔性、低频率和小阻尼等特点，受到空间环境影响，易产生低频振动，且一旦发生则衰减缓慢，影响航天器高精高稳性能，甚至可能危害航天器的正常运行，因此航天器柔性结构的振动控制具有重要意义。

目前，常用的航天器结构振动反馈控制方法以现代控制理论为基础，反馈量为位移和速度，这些物理量若直接测量需要激光或摄影测量等设备，占用航天器资源多、代价大；若采用加速度传感器间接测量，需要进行一次积分和两次积分，易受到传感器测量噪声和“零漂”的影响，产生较大的累计误差，导致控制输出迅速饱和出错，控制系统失效。

而现有的正加速度反馈方法，是基于正位置反馈(PPF)改进而来，对于稳态扰动引起的振动控制具有良好的控制效果，但其本质是一个高通滤波器，易产生高频的控制溢出问题，不适合航天器受瞬态扰动引起的低频振动主动控制。此外，加速度反馈振动主动控制的闭环回路中由于传感测量、控制器运算以及执行作动器驱动过程不可避免的存在时滞，会导致控制效果下降，控制后的振幅衰减时间增大。

因此，目前亟需开发一种新的加速度反馈振动控制方法，适用于瞬态扰动引起的航天器柔性结构低频振动控制，其能够克服控制系统的高频溢出，并消除控制系统时滞影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于航天器柔性结构的加速度反馈振动控制方法，克服控制系统的高频溢出，并解决闭环控制系统存在时滞引起的控制效果下降问题，提升系统的振动控制能力。

为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

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

S2、针对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，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，控制输出为二阶系统补偿器和一阶系统补偿器的变量相加并作负反馈。

进一步地，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；