力平衡状态下的物体及其振动控制与姿态调整方法技术

本发明专利技术提供了一种力平衡状态下的物体，包括目标主体、结构体阵列、连接件；多个结构体之间通过可变刚度主动执行件依次连接。本发明专利技术还提供相应的振动控制与姿态调整方法，包括传递路径上的振动控制步骤、基于变刚度阻尼特性的动力吸振步骤、辅助调整姿态步骤。本发明专利技术是基于结构功能一体化的变刚度执行件，避免了对板状结构本体甚至是目标主体结构的破坏，控制算法更加简单、有效；可分别对来自板状结构的扰动进行主动振动抑制，对来自目标主体本身的振动进行主动动力吸振；并可以在多频段、多自由度方向上进行；能辅助对目标体的姿态进行调整。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及振动控制技术，具体地，涉及一种携带板状结构等结构体处于惯性悬浮等力平衡状态下的目标体振动和姿态调整控制方案,尤其是涉及动力吸振技术、结构功能一体化设计技术和力平衡状态下的物体姿态调整控制技术方案。
技术介绍
力平衡状态下的物体振动控制问题一直以来是工程应用上的难点问题；结构功能一体化设计是当前工程应用领域，特别是航空航天领域发展的一大趋势。目前对于力平衡状态下的物体振动控制方法研究主要集中在对板状结构本体的研究上，通过在板状结构上安装智能材料，如压电陶瓷应变片、形状记忆合金等，或者安装阻尼器等来改善板状结构的振动型态，从而实现目标体的振动控制，这种振动控制方法虽然有一定的效果，但是会带来如结构的破坏和重量的增加等问题。惯性悬浮体的姿态调整目前广泛采用的是喷气式矢量推进技术，但是这种控制方式会受到如燃料等的限制，在某些特定的情况下，无法展开。目前没有发现同本专利技术类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种力平衡状态下的物体及其振动控制与姿态调整方法。根据本专利技术提供的一种力平衡状态下的物体，包括目标主体，还包括连接目标主体的若干组结构体组件；所述结构体组件，包括结构体阵列或者单个结构体；结构体阵列或者单个结构体，通过连接件或者可变刚度主动执行件与目标主体连接，连接方式为紧固连接或者柔性连接；结构体阵列包括多个结构体，多个结构体之间通过可变刚度主动执行件连接。优选地，可变刚度主动执行件包括如下任一种或任多种装置：-刚度可变的智能材料结构件；或者-刚度可变的电磁驱动机构；-热致驱动机构。根据本专利技术提供的一种上述的力平衡状态下的物体的振动控制与姿态调整方法，包括如下任一个或任多个步骤：-传递路径上的振动控制步骤；-基于变刚度阻尼特性的动力吸振步骤；-辅助调整姿态步骤。优选地，所述传递路径上的振动控制步骤，包括：步骤1：判断检测到的干扰是否为因激励而引起的结构体振动；若是，则接下来执行步骤2；若否，则接下来执行所述基于变刚度阻尼特性的动力吸振步骤；步骤2：判断结构体振动的强度是否超出设定的承受范围；若是，则控制可变刚度主动执行件解除对所连接结构体位置的锁定，进行主动卸载，流程结束；若否，则接下来执行步骤3；步骤3：控制可变刚度主动执行件产生相对于结构体振动同频反向的运动，从而抑制振动。优选地，所述基于变刚度阻尼特性的动力吸振步骤，包括：步骤A：判断检测到的干扰是否为目标主体受外界激励或者内部激励而产生的自身振动；若是，则接下来执行步骤B；若否，则接下来执行所述传递路径上的振动控制步骤；步骤B：判断结构体组件的固有频率是否在振动的频段内；若是，则通过结构体组件产生共振耗能，从而吸收目标主体的振动，流程结束；若否，则改变可变刚度主动执行件的刚度和阻尼，使结构体组件的固有频率与目标主体的振动频率一致，进而进行动力吸振。优选地，所述辅助调整姿态步骤，包括：步骤I：当目标主体需要进行辅助调整姿态，且目标主体和结构体组件均满足设定的辅助调整姿态的位置条件时，控制可变刚度主动执行件对结构体执行驱动，进而实现目标主体的辅助调整姿态。优选地，通过控制可变刚度主动执行件对结构体执行驱动，使得可变刚度主动执行件输出往复的驱动扭矩，从而驱使可变刚度主动执行件两侧连接的结构体产生往复的摆动，进而与结构体相连的目标主体产生往复的摆动，实现姿态的调整。优选地，在可变刚度主动执行件输出的往复的驱动扭矩中，包括目标主体两侧的可变刚度主动执行件同时输出对称或反向的扭矩，使得目标主体往复平动或者向一个方向连续转动，实现姿态的调整；或包括只有目标主体一侧的可变刚度主动执行件输出扭矩，使目标主体产生来回的摆动，实现姿态的调整。优选地，可变刚度主动执行件两侧连接的对象体的转动惯量不同；其中，所述对象体包括结构体组件和/或目标主体。优选地，包括控制结构体组件在伸展状态与回收状态之间变化；当结构体组件处于伸展状态时，结构体阵列为平展状；当结构体组件处于回收状态时，结构体阵列为叠合状；还包括控制结构体组件绕目标主体的转动，以进行指定方向位置跟踪；伸展、回收以及转动动作均基于可变刚度主动执行件实现。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术是基于结构功能一体化的变刚度执行件，避免了对板状结构本体甚至是目标主体结构的破坏，控制算法更加简单、有效；2、本专利技术针对目标主体的振动控制提出了两种控制策略，分别对来自板状结构的扰动进行主动振动抑制，对来自目标主体本身的振动进行主动动力吸振；3、本专利技术通过调整可变刚度主动执行件和板状结构组合体的刚度和阻尼来进行动力吸振，是一种主动方式的、智能化的动力吸振；4、本专利技术的动力吸振可以在多频段、多自由度方向上进行；5、本专利技术提出的辅助姿态调整策略对于一些特定场合，能发挥重要作用，能有效地补充喷气式矢量推进技术的不足之处；6、本专利技术提出的姿态调整可以是平动和旋转方向上的姿态调整；7、本专利技术的控制策略易于实现模块化设计和扩展，便于集成。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术控制方法的总体框架图；图2为本专利技术控制方法中传递路径上的振动控制步骤的流程图；传递路径上的振动控制步骤记为控制策略1；图3为本专利技术控制方法中基于变刚度阻尼特性的动力吸振步骤的流程图；基于变刚度阻尼特性的动力吸振步骤记为控制策略2；图4为本专利技术控制方法中辅助调整姿态步骤的流程图；辅助调整姿态步骤记为控制策略3；图5、6为本专利技术机械结构部分的两种基础形式。其中，图5为正视图，图6为运动控制过程中俯视图；图7、8、9和10为本专利技术几种基础结构形式下的辅助姿态调整控制的应用实例示意图；图11、12、13为本专利技术不同结构形式扩展组合应用实例示意图。图中：1为目标主体，2为连接件，3为可变刚度主动执行件，4为结构体。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。根据本专利技术提供的一种力平衡状态下的物体，包括目标主体，还包括连接目标主体的若干组结构体组件；所述结构体组件，包括结构体阵列、连接件；结构体阵列通过连接件与目标主体紧固连接或者柔性连接；结构体阵列包括多个结构体，多个结构体之间通过可变刚度主动执行件依次连接。结构体可以为板体。结构件阵列可以为板阵列。在变化例中，结构体组件包括单个结构体，单个结构体通过连接件或者可变刚度主动执行件与目标主体连接，连接方式为紧固连接或者柔性连接；结构体阵列还可以通过可变刚度主动执行件与目标主体连接。力平衡状态下的物体优选是指悬浮或重力平衡状态下的物体。可变刚度主动执行件包括：-刚度可变的智能材料结构件；或者-刚度可变的电磁驱动机构；-热致驱动机构。具体地，目标主体可以是航天卫星、太空舱等惯性悬浮体，既作为被控对象，也是本专利技术控制方法得以实现的执行各控制策略的控制中心的载体。可变刚度主动执行件的数量和安装位置可以调整。所述可变刚度主动执行件安装在结构体与结构体之间，既作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种力平衡状态下的物体，其特征在于，包括目标主体，还包括连接目标主体的若干组结构体组件；所述结构体组件，包括结构体阵列或者单个结构体；结构体阵列或者单个结构体，通过连接件或者可变刚度主动执行件与目标主体连接，连接方式为紧固连接或者柔性连接；结构体阵列包括多个结构体，多个结构体之间通过可变刚度主动执行件连接。

【技术特征摘要】
1.一种力平衡状态下的物体，其特征在于，包括目标主体，还包括连接目标主体的若干组结构体组件；所述结构体组件，包括结构体阵列或者单个结构体；结构体阵列或者单个结构体，通过连接件或者可变刚度主动执行件与目标主体连接，连接方式为紧固连接或者柔性连接；结构体阵列包括多个结构体，多个结构体之间通过可变刚度主动执行件连接。2.根据权利要求1所述的力平衡状态下的物体，其特征在于，可变刚度主动执行件如下任一种或任多种装置：-刚度可变的智能材料结构件；-刚度可变的电驱动机构；-刚度可变的磁驱动机构；-刚度可变的电磁驱动机构；-热致驱动机构。3.一种权利要求1所述的力平衡状态下的物体的振动控制与姿态调整方法，其特征在于，包括如下任一个或任多个步骤：-传递路径上的振动控制步骤；-基于变刚度阻尼特性的动力吸振步骤；-辅助调整姿态步骤。4.根据权利要求3所述的力平衡状态下的物体的振动控制与姿态调整方法，其特征在于，所述传递路径上的振动控制步骤，包括：步骤1：判断检测到的干扰是否为因激励而引起的结构体振动；若是，则接下来执行步骤2；若否，则接下来执行所述基于变刚度阻尼特性的动力吸振步骤；步骤2：判断结构体振动的强度是否超出设定的承受范围；若是，则控制可变刚度主动执行件解除对所连接结构体位置的锁定，进行主动卸载，流程结束；若否，则接下来执行步骤3；步骤3：控制可变刚度主动执行件产生相对于结构体振动同频反向的运动，从而抑制振动。5.根据权利要求3所述的力平衡状态下的物体的振动控制与姿态调整方法，其特征在于，所述基于变刚度阻尼特性的动力吸振步骤，包括：步骤A：判断检测到的干扰是否为目标主体受外界激励或者内部激励而产生的自身振动；若是，则接下来执行步骤B；若否，则接下来执行所述传递路径上的振动控制步骤；步骤B：判断结构体组件的固有频率是否在振动的频段内；若是，则通过结构体组件产生共...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨斌堂，何泉，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31