繩驅桁架結構伸展臂的主動振動控制

蔡志勤, 曹彬彬, 彭海軍,2

(1.大連理工大學 工程力學系,大連 116024;2.大連理工大學 工業(yè)裝備結構分析優(yōu)化與CAE軟件全國重點實驗室,大連 116024)

1 引 言

近年來,由于航天任務的逐漸復雜化,航天器結構逐漸向大型化和柔性化方向發(fā)展。空間可展桁架結構伸展臂具有展開剛度高和展收比高等優(yōu)點[1],經常用作航天器工作平臺的支撐結構。但是在空間環(huán)境中,伸展臂會受到空間溫度變化和太陽光壓等外界因素的影響,另外在進行位姿變化和太空作業(yè)等主動工作過程時,都很容易導致伸展臂發(fā)生振動[2],在阻尼較低的空間環(huán)境中,結構振動能量衰減速度很慢,如果不加以控制,可能會對整個系統(tǒng)造成不利影響。

針對伸展臂的結構振動問題,學者們提出的振動抑制方案主要分為被動控制和主動控制。被動控制主要通過提升結構自身的阻尼來加速振動衰減。Moshrefi-Torbati等[3]用遺傳算法優(yōu)化設計出一種具有隔振特點的伸展臂。但是遺傳算法在計算最優(yōu)構型過程中計算成本很高,Wei等[4]提出混合并行遺傳算法,顯著降低計算成本的同時進一步提高求解質量。但是被動控制無法在復雜多變的環(huán)境干擾下實現(xiàn)靈活的控制,而且振動抑制效率偏低。

主動控制是利用傳感器得到的實時反饋信號對被控對象主動施加控制力的控制方法,可以實現(xiàn)高效率的、具有針對性的振動抑制。隨著智能材料的不斷涌出,由具有良好的形狀固定和回復性能的形狀記憶合金和碳纖維復合材料制作出的復合材料鉸鏈,可以減輕展開過程中帶來的振動[5]。……