一种在轨超长桁架结构变形控制装置制造方法及图纸

一种在轨超长桁架结构变形控制装置，包括空间智能桁架结构杆和控制器，其中空间智能桁架结构杆由空间桁架结构杆、柔性压电复合材料传感器和柔性压电复合材料作动器阵列组成。以一类超长尺寸的空间桁架结构为具体作用对象，采用本发明专利技术的空间智能桁架结构杆替换空间桁架结构一个或多个模块的普通桁架杆，并将传感器和作动器阵列与控制器相连，通过控制方法对空间桁架结构进行变形控制(包括准静态变形调控和动态振动抑制)。本发明专利技术可以提高空间桁架结构在轨的高精度保持能力，缩短结构受扰的振动衰减时间。相比于传统的结构控制装置，该发明专利技术构型简单，可靠性高，附加在结构上的质量和体积小，适用于超长尺寸空间桁架结构的主动变形控制。形控制。形控制。

【技术实现步骤摘要】
一种在轨超长桁架结构变形控制装置


[0001]本专利技术涉及一种在轨超长桁架结构变形控制装置，涉及智能结构和主动控制


技术介绍

[0002]随着航天器结构朝着大型化、复杂化方向发展，大尺度的超轻空间桁架结构将发挥着无可替代的关键作用。这类空间结构由于自身超轻超柔的特点，一旦受到各种外部或内部的扰动，容易激起低频、大幅度、长时间、难自行衰减的振动，因此研究航天智能结构和超长尺寸空间桁架结构控制，可以解决未来大型航天器结构高形面精度和高稳定性的技术瓶颈。
[0003]常用的空间桁架结构控制主要通过在结构系统中采用添加阻尼材料或附加一些装置(如阻尼器、减/隔振器)的被动控制方案，通过改变结构的刚度和阻尼，以改变结构的动力学特性来达到振动控制的目的。被动控制方案改变了原有设计的杆件参数，使得结构强度、重量要求难以满足，且对低频的振动抑制效果差。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种在轨超长桁架结构变形控制装置；该装置包括空间智能桁架结构杆和控制器，其中空间智能桁架结构杆由空间桁架结构杆、柔性压电复合材料传感器和柔性压电复合材料作动器阵列。以一类超长尺寸的空间桁架结构为具体作用对象，采用本专利技术的空间智能桁架结构杆替换空间桁架结构一个或多个模块的普通桁架杆，并将传感器和作动器阵列与控制器相连，通过控制方法对空间桁架结构进行变形控制(包括准静态变形调控和动态振动抑制)。本专利技术可以提高空间桁架结构在轨的高精度保持能力，缩短结构受扰的振动衰减时间。相比于传统的结构控制装置，该专利技术构型简单，可靠性高，附加在结构上的质量和体积小，适用于超长尺寸空间桁架结构的主动变形控制。
[0005]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术实施例提供一种在轨超长桁架结构变形控制装置，包括空间智能桁架结构杆和控制器；
[0007]空间智能桁架结构杆包括空间桁架结构杆、柔性压电复合材料传感器、柔性压电复合材料作动器阵列；柔性压电复合材料传感器安装在空间桁架结构杆的一端，用于采集形变信号，并输出给控制器；柔性压电复合材料作动器阵列安装在空间桁架结构杆上，用于驱动空间桁架结构杆发生形变；
[0008]控制器根据柔性压电复合材料传感器采集的形变信号，向柔性压电复合材料作动器阵列输出驱动电压。
[0009]本专利技术一实施例中，控制器包括高精度电荷放大器、单片机控制器、高压电源模块；柔性压电复合材料传感器采集的形变信号，在高精度电荷放大器内进行放大获得电压
信号；单片机控制器根据放大的电压信号，控制高压电源模块输出驱动电压。
[0010]本专利技术一实施例中，控制器采用模糊PD控制方法，根据柔性压电复合材料传感器采集的空间桁架结构杆的结构局部形变信号，确定柔性压电复合材料作动器阵列的驱动电压。
[0011]本专利技术一实施例中，柔性压电复合材料作动器阵列包括多块柔性压电复合材料，通过聚酰亚胺薄膜封装，粘贴在空间桁架结构杆上。
[0012]本专利技术一实施例中，柔性压电复合材料作动器阵列分为两部分，分别粘贴在空间桁架结构杆的上下表面。
[0013]本专利技术实施例提供一种在轨超长桁架结构，包括上述的变形控制装置，以及与该变形控制装置连接的空间桁架结构。
[0014]本专利技术一实施例中，变形控制装置的安装位置采用如下方式确定：
[0015]首先采用均方差根误差RMSE准则和Grammian可控度准则确定准静态变形调控和动态振动抑制目标函数，然后通过多目标优化算法寻找综合最优结果，确定所述变形控制装置的最优安装位置。
[0016]本专利技术一实施例中，空间桁架结构展开方向的尺寸是另外两个方向的尺寸的30倍以上。
[0017]本专利技术一实施例中，当空间桁架结构未出现超出精度要求的变形时，变形控制装置不进行结构控制；当空间桁架结构出现超出精度要求的变形时，变形控制装置启动，实现变形控制。
[0018]本专利技术实施例提供一种在轨超长桁架结构变形控制方法，采用上述的在轨超长桁架结构，包括如下步骤：
[0019]利用柔性压电复合材料传感器采集空间桁架结构杆的变形信息；
[0020]控制器根据采集的空间桁架结构杆变形信息，确定X、Y、Z三个方向变形量信息；
[0021]根据X、Y、Z三个方向变形量信息，控制器采用模糊PD控制方法，确定驱动力或驱动力矩；
[0022]控制器根据所述驱动力或驱动力矩，确定驱动电压，然后通过柔性压电复合材料作动器阵列驱动空间桁架结构杆，完成变形控制。
[0023]本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：
[0024](1)本专利技术提出的一种在轨超长桁架结构变形控制装置，可以同时实现空间桁架结构弯曲和拉压的主动变形控制。
[0025](2)本专利技术装置应用柔性压电复合材料，对于空间桁架结构所带来的的附加质量和体积小，且控制能力强。
[0026](3)本专利技术并联粘贴的安装方式不破坏原有结构特性，可靠性高，能够满足超长尺寸空间桁架的高形面精度和高稳定性的要求。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实例在轨超长桁架结构变形控制装置结构图；
[0028]图2为本专利技术实例的空间桁架结构变形控制流程图；
[0029]图3为本专利技术实例的空间桁架结构一个模块的X、Y和Z方向变形示意图；
[0030]图4为本专利技术实例控制系统的示意图；
[0031]图5为本专利技术实例模糊PD控制方法的示意图；
[0032]图6为本专利技术实例变形控制装置安装位置的pareto最优解前沿面；
[0033]图7为本专利技术实例空间桁架结构变形控制仿真验证示意图；
[0034]图8为本专利技术实例结构位移及控制电压随时间的变化曲线。
具体实施方式
[0035]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。
[0036]实施例1：
[0037]一种在轨超长桁架结构变形控制装置，包括空间智能桁架结构杆和控制器5；
[0038]空间智能桁架结构杆包括空间桁架结构杆1、柔性压电复合材料传感器2、柔性压电复合材料作动器阵列3；柔性压电复合材料传感器2安装在空间桁架结构杆1的一端，用于采集形变信号，并输出给控制器5；柔性压电复合材料作动器阵列3安装在空间桁架结构杆1上，用于驱动空间桁架结构杆1发生形变；
[0039]控制器5根据柔性压电复合材料传感器2采集的形变信号，向柔性压电复合材料作动器阵列3输出驱动电压。
[0040]优选的，控制器5包括高精度电荷放大器、单片机控制器、高压电源模块；柔性压电复合材料传感器2采集的形变信号，在高精度电荷放大器内进行放大获得电压信号；单片机控制器根据放大的电压信号，控制高压电源模块输出驱动电压。
[0041]优选的，控制器5采用模糊PD控制方法，根据柔性压电复合材料传感器2采集的空间桁架结构杆1的结构局部形变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在轨超长桁架结构变形控制装置，其特征在于，包括空间智能桁架结构杆和控制器(5)；空间智能桁架结构杆包括空间桁架结构杆(1)、柔性压电复合材料传感器(2)、柔性压电复合材料作动器阵列(3)；柔性压电复合材料传感器(2)安装在空间桁架结构杆(1)的一端，用于采集形变信号，并输出给控制器(5)；柔性压电复合材料作动器阵列(3)安装在空间桁架结构杆(1)上，用于驱动空间桁架结构杆(1)发生形变；控制器(5)根据柔性压电复合材料传感器(2)采集的形变信号，向柔性压电复合材料作动器阵列(3)输出驱动电压。2.根据权利要求1所述的在轨超长桁架结构变形控制装置，其特征在于，控制器(5)包括高精度电荷放大器、单片机控制器、高压电源模块；柔性压电复合材料传感器(2)采集的形变信号，在高精度电荷放大器内进行放大获得电压信号；单片机控制器根据放大的电压信号，控制高压电源模块输出驱动电压。3.根据权利要求1所述的在轨超长桁架结构变形控制装置，其特征在于，控制器(5)采用模糊PD控制方法，根据柔性压电复合材料传感器(2)采集的空间桁架结构杆(1)的结构局部形变信号，确定柔性压电复合材料作动器阵列(3)的驱动电压。4.根据权利要求1所述的在轨超长桁架结构变形控制装置，其特征在于，柔性压电复合材料作动器阵列(3)包括多块柔性压电复合材料，通过聚酰亚胺薄膜封装，粘贴在空间桁架结构杆(1)上。5.根据权利要求1所述的在轨超长桁架结构变形控制装置，其特征在于，柔性压电复合材料作动器阵列(3)分为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓宇，王祥，高峰，丁继锋，柴洪友，
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：