[發明專利]一種基于輸出限制的柔性衛星系統的自適應振動控制方法

有效

• 申請號: 202010191550.1
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111399379B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 劉嶼;鄭小惠;徐瑞峰;瞿弘毅;姚科
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;廣州現代產業技術研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 詹麗紅

本發明公開了一種基于輸出限制的柔性衛星系統的自適應振動控制方法，該方法過程如下：根據動力學特征構建柔性衛星系統；針對系統參數不確定的柔性衛星系統，結合李雅普諾夫方法，構建基于輸出限制的自適應控制器，包括自適應障礙控制律及參數自適應控制律，用于抑制柔性衛星的振動和補償系統參數的不確定性；驗證上述柔性衛星系統在振動控制方法下的穩定性；利用MATLAB仿真軟件對柔性衛星系統進行數字仿真，驗證控制效果是否符合預期；若不符合，則根據仿真結果調節控制器的增益參數，使之具有較好的控制效果。本發明所提出的自適應振動控制方法能夠有效抑制系統參數不確定的柔性衛星系統的振動，使得柔性衛星系統工作更加穩定。

技術領域

本發明涉及振動控制技術領域，具體涉及一種基于輸出限制的柔性衛星系統的自適應振動控制方法。

背景技術

近些年來，柔性結構有著重量輕、能耗低等特點，因而在機械臂、機械工程、航天器等工程領域被廣泛應用。在航空航天領域，柔性衛星是一種重要的柔性結構模型，通常將歐拉-伯努利梁視為柔性衛星系統的基礎模型。在太空的復雜環境中，因為外部擾動的作用，柔性衛星系統中的柔性帆板會產生彈性形變，并且導致長時間持續的彈性振動，這對系統的正常工作產生影響，對于柔性衛星在航空航天領域的發展來說是一個阻礙。因此，如何從控制方面，減少或消除柔性衛星系統的彈性變形與振動，是一個急需的問題。柔性衛星系統的模型參數與工作特性是時間與空間坐標的函數，即分布式參數系統，在彈性振動中其動力學響應相對復雜。研究柔性衛星系統的振動控制，能夠使其在實際工程中獲得較高的控制精度。

目前對于柔性衛星系統的振動控制研究大多是采用PID控制、魯棒控制等方法，關于輸出限制的自適應控制方法卻很少報道。因而本發明的研究，將為柔性衛星系統在航空航天領域的振動控制方面提供理論參考。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種基于輸出限制的柔性衛星系統的自適應振動控制方法。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種基于輸出限制的柔性衛星系統的自適應振動控制方法，所述的振動控制方法包括下列步驟：

根據柔性衛星系統的動力學特征，構建柔性衛星系統的動力學模型；

基于所述的柔性衛星系統，構建基于輸出限制的自適應控制器，所述的自適應控制器包括自適應障礙控制律及參數自適應控制律，用于抑制柔性衛星的振動和補償系統參數的不確定性；

基于所述的柔性衛星系統和自適應控制器，構建柔性衛星系統的 Lyapunov函數；

根據所述的Lyapunov函數，驗證所述的柔性衛星系統的穩定性；

當判斷所述的柔性衛星系統在基于輸出限制的自適應控制器的作用下能滿足預設的穩定性要求時，用仿真軟件對所述的柔性衛星系統進行數字仿真，得到仿真結果；

若仿真結果得到的控制效果符合預期，則保留所構的自適應控制器的增益參數，結束該自適應振動控制方法；

若仿真結果得到的控制效果不符合預期，則修正所構建的基于輸出限制的自適應控制器的增益參數，重新進行數字仿真。

進一步地，所述的動力學特征包括柔性衛星系統的動能、勢能以及非保守力對所述的柔性衛星系統所做的虛功，將動能、勢能、虛功代入哈密頓原理，得到柔性衛星系統的動力學方程如下：

其中，分別表示w(x,t)對時間t的一次導數和二次導數，簡寫為和w'(x,t)、w'' (x,t)、w'''(x,t)、w'''' (x,t)分別表示w(x,t)對x的一次導數、二次導數、三次導數和四次導數，簡寫為w'、w''、w'''、w''''，ρ為柔性衛星的單位長度均勻質量，A為單位長度面積，EI為柔性衛星的彎曲剛度，T為柔性衛星的張力，f為作用于衛星系統的分布式擾動，γ為阻尼系數；