一种适用于空间大型柔性结构的内共振式减振方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于空间大型柔性结构的内共振式减振方法，该方法包括：利用凯恩方法建立天线与吸振器的振动控制方程；引进非线性耦合反馈项，构造吸振器的反馈控制模型；利用奇异摄动法求解非线性振动控制方程；对振动方程的解进行内共振分析和稳定性分析。本发明专利技术利用非线性内共振减振机理，采用半主动式控制方式，使天线的振动能量传递给吸振器并被耗散掉。本发明专利技术通过添加人为构造的非线性反馈耦合项，强化吸振器的控制调节性能，响应速度迅速，适应范围广，实际减振效果明显。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于空间大型柔性结构的内共振式减振方法
本专利技术涉及一种适用于空间大型柔性结构的内共振式减振方法，它从非线性振动的角度构造天线被控模态与吸振器模态之间的人工耦合关系，利用内共振的内部能量交换机制，将天线的振动能量传递给吸振器，并借助吸振器的优化阻尼完成振动能量的耗散，具体可应用于高度耦合非线性、低基频大柔性的空间大型柔性结构减振领域。
技术介绍
随着现代航天科技的发展，对于太空探测的要求逐步提升，为获取微小发射功率信号航天器帆板和天线结构向大尺寸发展。在卫星通讯领域，移动通讯卫星需要十米以上的天线；在深空探测领域，由于探测距离非常遥远，电磁波信号极其微弱，天线的尺寸一般都很大。此类大型柔性结构运动的特点是大范围的刚体运动与弹性运动之间相互影响，一旦受到空间环境影响或者自身控制误差将产生振动，其振动特性复杂，控制难度大，威胁星载设备的稳定运行，甚至发生破坏。因此，研究空间大型柔性结构的振动特性，并对其振动进行抑制非常重要，在航天器的设计中航天系统的振动控制问题历来是一个重要课题和设计难点。内共振是多体非线性振动系统特有的一种现象。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于空间大型柔性结构的内共振式减振方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：/n步骤一：建立天线变形方程，/n天线的材质为均匀且各向同性，采用假设模态法将天线的横向变形描述为/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于空间大型柔性结构的内共振式减振方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
步骤一：建立天线变形方程，
天线的材质为均匀且各向同性，采用假设模态法将天线的横向变形描述为



其中，y(x,t)为天线的横向变形，x为天线上某点到铰链关节沿天线初始方向的距离，t为时间；Φi(x)为天线的第i阶模态假设函数，di(t)为与Φi(x)对应的模态坐标，n为天线的模态阶数；
步骤二：建立半主动吸振器反馈控制模型，通过改变基于内共振原理的半主动式吸振器的频率和阻尼，使被控模态的振动能量传递给吸振器并被耗散掉；
步骤三：利用凯恩方法建立天线与内共振摆动式吸振器的振动控制方程，以天线横向振动的一阶模态响应d1和吸振器摆杆的响应ψ为广义坐标，得到系统的振动控制方程；
步骤四：建立可实现内共振的参数表达式，其中摆动式吸振器的模态响应ψ与天线的一阶模态响应d1满足1:2的内共振频率公度关系，且能量可在天线与吸振器间通过内共振完成交换；
利用奇异摄动法中的多尺度法求解天线与摆动式吸振器的非线性振动控制方程，推导出吸振器的刚度控制系数uk；
步骤五：选取阻尼控制系数uc，使得天线与吸振器的内共振能量交换的次数为一次，且完成一次能量交换时，天线的模态振幅趋近于0；
考虑系统存在阻尼时η1>0,η2>0，系统的稳定性判定矩阵为：



其中，无量纲频率fS1＝1、fS2＝0.5均为正值；记c1＝η1fS1、c2＝η2fS2，由η1>0,η2>0可知c1>0,c2>0，由里亚普诺夫稳定性判据，可知系统此时稳定；即在正阻尼条件下系统受到初始扰动后会逐渐平衡到振动为零的状态；
步骤六：确定可实现内共振的吸振器控制力矩函数，根据步骤四，调节耦合反馈强度系数u1，进而调整内共振状态下吸振器模态与天线的一阶模态之间的能量交换频率和幅值，实现基于内共振原理的振动抑制。


2.如权利要求1所述的一种适用于空间大型柔性结构的内共振式减振方法，其特征在于，当式(6)中的λ>0时，天线的一阶模态与吸振器模态之间可建立非线性的内共振的状态，实现了能量在两个模态之间的传递，且始终有界。


3.如权利要求2所述的一种适...

【专利技术属性】
技术研发人员：张也弛，胡江涛，从强，林秋红，边宇枢，黎彪，王晓宇，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11