试论隔振动量飞轮隔振平台性能仿真与最优制约

论文导读：作用。(3)通过LQ最优制约系统和PID制约系统比较浅析，提出了一种由PID动态补偿网络实现线性二次最优制约的策略，并将其运用于建立的主动制约系统。MATLAB和ADAMS联合仿真结果表明，优化后的隔振系统具有良好的隔振效果，振动幅值降低了一个数量级，实现了航天器高精度隔振。关键词：飞轮振动论文隔振平台论文
摘要：近年来，大型甚高分辨率卫星成为了航天进展的一个显著走势,其对空间光学有效载荷的精度要求越来越高，各种振动源对星上光学元件的影响也变得越发显著，特别是发射历程中的振动和动量飞轮产生的振动会对卫星整个历程带来大量、持续和频率带分布很广的扰动。为了减小卫星在发射段和在轨段所受到的振动影响，给星上光学精密有效载荷提供“超静”作用上的力学环境，最有效的策略是在星上安装隔振装置。为此，本论文以武器装备预研重点基金项目[9140A2011QT4801]为依托，采取论述建模与仿真浅析相结合的策略，对动量飞轮隔振平台性能仿真与最优制约进行探讨，论文的主要工作和革新点如下：(1)对动量飞轮隔振平台采取的被动、主动和主被动隔振等方式进行了系统的动态特性浅析，结果表明：单纯被动减振不能隔离星体上的低、中频振动；采取作动器直接作用在隔振对象上的安装方式，隔振效果最佳；制约器制约规律和反馈变量、反馈增益等参量对隔振性能的影响也较大。(2)设计了6个方向都能够实现隔振的立方体结构Stewart隔振平台，利用Newton—Euler法推导了隔振平台动力学模型，并基于MATLAB/Simupnk平台和ADAMS平台分别搭建了隔振平台的动力学仿真系统和隔振平台的虚拟样机模型，仿真结果表明，施加隔振平台后振动响应幅值由6×10-6rad/s降低到了2×10-7rad/s，说明了所设计的隔振平台对整星姿态稳定有积极作用。(3)通过LQ最优制约系统和PID制约系统比较浅析，提出了一种由PID动态补偿网络实现线性二次最优制约的策略，并将其运用于建立的主动制约系统。MATLAB和ADAMS联合仿真结果表明，优化后的隔振系统具有良好的隔振效果，振动幅值降低了一个数量级，实现了航天器高精度隔振。关键词：飞轮振动论文隔振平台论文隔振制约系统论文动态特性论文动力学仿真论文线性二次最优PID制约论文
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Abstract6-10
第1章 绪论10-20

1.1 探讨背景及作用10-11

1.2 发射段整星隔振技术国内外探讨近况11-14

1.3 在轨段整星隔振技术国内外探讨近况14-18

1.4 论文探讨的主要内容18-19

1.5 本章小结19-20

第2章 隔振制约系统动态特性浅析20-35

2.1 被动隔振系统动态特性浅析20-22

2.

1.1 被动隔振系统案例20

2.

1.2 被动隔振系统动态特性浅析20-22

2.2 主动隔振系统动态特性浅析22-26

2.1 不同制约规律下的动态特性浅析23-24

2.2 不同反馈变量和反馈增益下的动态特性浅析24-26

2.3 主被动隔振系统动态特性浅析26-33

2.3.1 主被动隔振系统作动器安装案例26-27

2.3.2 作动器仅作用于隔振对象的动态特性浅析27-30

2.3.3 作动器作用于基础与中间体之间的动态特性浅析30

2.3.4 作动器作用于隔振对象与中间体之间的动态特性浅析30-33

2.4 本章小结33-35

第3章 动量飞轮隔振平台建模及仿真探讨35-53

3.1 动量飞轮振动浅析35-36

3.2 隔振平台结构介绍36

3.3 隔振平台姿态描述36-38

3.1 卡尔丹角坐标36-38

3.2 欧拉角坐标38

3.4 Newton-Euler 动力学方程38-39

3.5 隔振平台动力学浅析39-44

3.5.1 支杆与隔振平台的空间联系39-40

3.5.2 隔振平台支杆运动学浅析40-42

3.5.3 隔振平台支杆动力学浅析42-43

3.5.4 隔振平台运动学和动力学浅析43-44

3.6 任务空间运动状态反馈算法44

3.7 隔振平台 Simupnk 动力学仿真模型44-45

3.8 隔振平台 ADAMS 虚拟样机仿真模型45-50

3.8.1 虚拟样机动力学建模45-47

3.8.2 弹簧阻尼器系数的选取47-49

3.8.3 隔振平台动力学模型验证49-50

3.9 仿真结果浅析50-52

3.10 本章小结52-53

第4章 动量飞轮隔振平台最优制约53-69

4.1 常规 PID 制约器53-54

4.2 线性二次型最优制约54-60

4.2.论文导读：60-614.4线性二次最优PID参数61-624.5制约系统的建模62-634.6仿真浅析63-674.6.1ADAMS与MATLAB联合仿真步骤63-664.6.2仿真结果浅析66-674.7本章小结67-69结论与展望69-71参考文献71-75附录A攻读硕士学位期间发表的论文和获得成果75-76致谢76上一页12
1 最优制约力推导54-56
4.

2.2 利用状态观测器获取状态变量估计56-60

4.3 线性二次最优制约的 PID 参数优化制约法60-61
4.

3.1 线性定常二次最优调节器的结构与鲁棒性60

4.

3.2 LQR 系统与 PID 制约系统的联系60-61

4.4 线性二次最优 PID 参数61-62

4.5 制约系统的建模62-63

4.6 仿真浅析63-67

4.6.1 ADAMS 与 MATLAB 联合仿真步骤63-66

4.6.2 仿真结果浅析66-67

4.7 本章小结67-69

结论与展望69-71
参考文献71-75
附录 A 攻读硕士学位期间发表的论文和获得成果75-76
致谢76