一种基于模态频率博弈分隔的分布式振动控制方法技术

本发明专利技术公开一种基于模态频率博弈分隔的分布式振动控制方法，包括：基于大型跨尺度空间结构进行振动测试，获取结构的振动模态特性；采用合作博弈的思想对于振动模态进行分隔处理，考虑控制能耗

【技术实现步骤摘要】
一种基于模态频率博弈分隔的分布式振动控制方法


[0001]本专利技术涉及大型航天器振动控制领域，特别涉及一种基于模态频率博弈分隔的分布式振动控制方法
。

技术介绍

[0002]大型空间结构是我国未来空间利用
、
太空探索
、
长期在轨驻留的重要战略性航天装备，其尺寸可达千米级，跨尺度动力学特性通常会带来严重的结构振动效应，对于航天器正常在轨运行产生了极为不利的影响，若不加以控制，则会导致航天任务的失败
。
现有的航天器振动控制方法主要分为两类，一类是利用航天器柔性结构特性在不施加额外控制力
/
力矩作用下实现被动振动控制，对于高频振动具有较好的抑制效果，一类则是利用压电执行器等方式进行主动振动控制，对于低频振动具有较好的抑制效果
。
[0003]考虑未来复杂空间任务需求，大型航天器结构材料复杂，使得高频振动与低频振动交叉出现，而单一主动振动控制或被动振动控制方法的作用效果有限，针对大型航天器的结构动力学特性，本专利技术涉及的振动控制方法有效融合了主动与被动振动控制的优势，基于博弈思想实现模态的优化分隔，进而优化分布式振动控制器的布局，使得在较小的控制能耗下取得更好的振动抑制效果
。

技术实现思路

[0004]为实现大型航天器的振动控制，解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于模态频率博弈分隔的分布式振动控制方法，实现多主动振动控制器协同与被动振动控制作用相融合，从而实现大型空间结构高性能振动抑制效果/>。
其采用了如下技术方案，包括：
[0005]大型空间结构振动动力学方程：基于大型空间结构的动力学特性，建立大型空间结构振动动力学方程；
[0006]模态博弈与优化分隔：基于所获取的动力学方程，采用合作博弈的思想，进行模态分析与优化分隔；
[0007]主动振动控制器和单模态振动控制动力学模型：基于分隔的振动模态信息，在对应的结构处设计主动振动控制器，建立单模态振动控制动力学模型；
[0008]分布式协同控制算法：对于多分隔点，设计分布式协同控制算法，进行一体化振动控制
。
[0009]相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0010]本专利技术提出一种基于模态频率博弈分隔的分布式振动控制方法；
[0011]优选地，本专利技术基于大型空间结构的耦合动力学特性，通过振动测试与模态计算的方法，获取大型结构的振型函数与振动模态，建立振动动力学方程；适用于大型航天器的振动控制，针对复杂结构状态的空间模型建立了有效的动力学模型和动响应预测，得到了较为精确的模型，可表示为：
[0012][0013]其中，
η
表示模态坐标，表示模态一阶导数，表示模态二阶导数，
M,N
为系数矩阵，
Λ
表示姿态运动耦合矩阵，
ω
表示姿态角速度，
Γ
表示轨道运动耦合矩阵，
v
表示轨道运动速度
。
[0014]优选地，本专利技术基于振动动力学方程，将振动模态视为多智能体系统，选取能耗
、
时效为优化目标，采用多元合作博弈的基本原理，计算对应模态的夏普利值，进行对比分析，实现主动振动控制器的优化分配；充分考虑系统不确定性和鲁棒性，提出一种抑制大型航天器结构复杂振动的有效控制方案
。
[0015]优选地，本专利技术基于振动控制器的分配布局，在考虑主动振动控制与被动振动控制共存条件下，借鉴多智能体系统的形式，将原有的振动动力学方程转化为分布式异构多智能体系统动力学模型，其中一些智能体利用主动控制实现振动抑制效果，另一部分则利用结构自身特性，在不施加直接压电输入的作用下实现被动振动控制，可表示为：
[0016][0017]其中，
η
i
表示被动振动控制部分模态坐标，表示被动振动控制部分模态一阶导数，表示被动振动控制部分模态二阶导数，
M,N
为系数矩阵，
Λ
表示姿态运动耦合矩阵，
ω
表示姿态角速度，
Γ
表示轨道运动耦合矩阵，
v
表示轨道运动速度，
i
表示被动振动控制部分选取节点变量，
η
j
表示主动振动控制部分模态坐标，表示主动振动控制部分模态一阶导数，表示主动振动控制部分模态二阶导数，
j
表示主动振动控制部分选取节点变量，
T
j
表示对应的压电输入
。
进而将振动按照频率区分为智能体，通过主被动振动控制结合，充分利用主被动振动控制的优势和航天器结构设计，被动振动控制有效衰减了航天器低频振动响应，主动振动控制在较高频带范围内获得了良好的振动控制效果；同时，主被动混合控制方法有效减少了航天器自身能源的消耗
。
[0018]优选地，本专利技术基于分布式异构多智能体系统的动力学模型，设计共识控制算法，实现多主动振动控制器协同与被动振动控制作用相融合，从而实现大型空间结构高性能振动抑制效果
。
本专利技术适用范围广泛，不仅能应用于大型航天器整体振动控制，也可用于部件级振动控制
。
附图说明
[0019]图1为本专利技术一种基于模态频率博弈分隔的分布式振动控制方法的流程图
。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例
。
基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围
。
[0021]如图1所示为本申请实施例提出的一种基于模态频率博弈分隔的分布式振动控制方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：
[0022]步骤
S1、
基于大型跨尺度空间结构进行振动测试，获取结构的振动模态特性
。
[0023]在本申请实施例中，所述大型空间结构的耦合动力学振动模型具体如下式所示：
[0024][0025]其中，
η
表示模态坐标，表示模态一阶导数，表示模态二阶导数，
M,N
为系数矩阵，
Λ
表示姿态运动耦合矩阵，
ω
表示姿态角速度，
Γ
表示轨道运动耦合矩阵，
v
表示轨道运动速度
。
[0026]步骤
S2、
采用合作博弈的思想对于振动模态进行分隔处理，考虑控制能耗
、
时效
、
精度，获取最优的主被动混合的分布式振动控制器布局
。
[0027]在本申请实施例中，主要考虑控制能耗
、
时效
、
精度等因素的影响构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于模态频率博弈分隔的分布式振动控制方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、
基于大型跨尺度空间结构进行振动测试，获取结构的振动模态特性；
S2、
采用合作博弈的思想对于振动模态进行分隔处理，考虑控制能耗
、
时效
、
精度，获取最优的主被动混合的分布式振动控制器布局；
S3、
基于振动控制器的布局与分配形式，建立主被动混合振动控制所需的分布式动力学模型；
S4、
对于多分隔点以压电材料为主动振动抑制执行机构，融合结构自身的被动振动抑制能力，设计主被动混合振动协同控制器
。2.
根据权利要求一所述的一种基于模态频率博弈分隔的分布式振动控制方法，其特征在于：基于大型空间结构的耦合动力学特性，通过振动测试与模态计算的方法，获取大型结构的振型函数与振动模态，建立振动动力学方程：其中，
η
表示模态坐标，表示模态一阶导数，表示模态二阶导数，
M,N
为系数矩阵，
Λ
表示姿态运动耦合矩阵，
ω
表示姿态角速度，
Γ
表示轨道运动耦合矩阵，
v
表示轨道运动速度
。3.
根据权利要求一所述的一种基于模态频率分隔的分布式振动控制方法，其特征在于：基于振动动力学方程，将振动模态视为多智能体系统，选取能耗
、
时效为优化目标，采用多元合作博弈的基本原理，计算对应模态的夏普利值，进行对...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳晓奎，刘闯，吕佰梁，代洪华，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：