應用SMA的航天器撓性構件的變結構主動控制研究.pdf

1、新一代航天器的突出的特點是具有大型的撓性附件（包括太陽帆板、天線等）。在航天器的機動過程中，航天器中心剛體和撓性附件之間存在著強烈的剛撓耦合，會導致這些撓性結構的持續(xù)振動，又由于太空無大氣，不存在空氣阻尼，撓性附件的振動衰減緩慢。本文提出了將SMA絲植入帆板結構中，通過加熱和冷卻各個SMA絲的控制方法實現(xiàn)帆板的最優(yōu)主動控制，并同時對整個撓性系統(tǒng)進行變結構輸出反饋控制，這樣的混合控制方法有效抑制帆板的振動。其研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：

2、 對形狀記憶合金的特性和力學行為進行了綜述?；仡櫫硕喾N形狀記憶合金本構關系模型，并對各種模型的優(yōu)缺點加以論述，選擇Brinson本構模型作為本文的計算模型。根據(jù)形狀記憶合金的本構關系和熱力學方程，研究了形狀記憶合金的驅動特性，提出了提高形狀記憶合金驅動器作動頻率的有效方法。 利用Lagrange方程推導了植入SMA絲后的帆板運動方程、撓性航天器的動力學模型、SMA驅動器的作動方程。并采用模態(tài)分析方法，進一步將撓性航天器的

3、耦合方程規(guī)范化，使之適應于變結構控制系統(tǒng)的分析和設計。 對帆板實施最優(yōu)主動控制進行了分析研究。推導了植入形狀記憶合金絲帆板的恢復力模型，提出將形狀記憶合金絲分組交替加熱的控制方法，通過算例分析驗證了利用形狀記憶合金對帆板進行最優(yōu)主動控制的有效性，并探討了形狀記憶合金驅動器的設計問題。 最后，考慮撓性結構模態(tài)不可測、模型存在不匹配不確定性及外干擾力矩的作用，設計變結構輸出反饋控制器，使所得閉環(huán)系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性和較強的魯