空间装置微振动鲁棒自适应控制方法与技术研究中文摘要

基于空间结构振动主动控制研究背景，以航天精密装置微振动控制为理想应用目标，采用压电堆构建多自由度主动隔振平台，探索鲁棒自适应微振动控制方法与实现技术，取得创新性的科学研究成果。研究重点包括：多自由度主动隔振平台微振动集成建模与分析方法、在线系统模型辨识方法、微振动鲁棒自适应控制方法与技术等关键内容；搭建多软件联合仿真分析平台，针对空间装置微振动鲁棒自适应控制多自由度驱动、系统建模、参数辨识、控制策略等方面进行深入研究；构建基于高精度压电堆的多自由度主动隔振实验平台，使理论方法研究和实验分析验证相结合，并探求空间装置微振动控制的工程实现方法。航天精密装置微振动主动控制研究，历来是空间科学与工程领域一个重要方向和难点课题，基于多自由度压电堆驱动进行结构微振动鲁棒自适应控制方法与技术研究，对航天空间装置安全性监控和可靠性保障具有重要科学意义，相关理论方法和实现技术亟待深入探索和突破。

本项目基于多自由度微振动主动控制研究背景，通过多个压电堆作动器组合构建多自由度微振动隔振平台，以压电堆作动器建模分析、多输入多输出微振动主动控制系统辨识方法与技术、多输入多输出微振动主动控制系统鲁棒自适应微振动控制方法与技术为研究重点。利用ANSYS、ADAMS与MATLAB SIMULINK完成了多自由度微振动主动隔振机构的集成建模分析以及多软件联合仿真分析，探索了控制与结构的同时优化技术。研究了面向多自由度多输入多输出控制系统的闭环模型辨识方法，以及多输入多输出控制系统的在线模型修正方法，完成了多输入多输出闭环输出误差法、多输入多输出滤波闭环输出误差法、多输入多输出扩展闭环输出误差法的推导和实现。完成了基于多种闭环输出误差法的在线模型修正控制方法推导和实现。面向多自由度主动隔振平台的鲁棒自适应控制方法与控制器设计，研究了死区、滤波、投影和归一化等鲁棒参数自适应算法，结合了具有死区的参数自适应算法与归一化参数自适应算法，完成了相关面向多输入多输出控制的具有死区和归一化的鲁棒参数自适应算法推导分析与实现。研究了基于内模原理的多输入多输出鲁棒自适应算法，探索了基于Q参数化的多输入多输出中央鲁棒控制器设计，给出了基于Q参数化的前馈、反馈和混合鲁棒自适应控制算法推导及分析方法，给出了其在确定环境下的稳定性分析与随机环境下的收敛性分析。在相关方法研究与多软件联合仿真分析的基础上，构建了多自由度主动隔振平台，研制开发了相应的测控系统软硬件，完成了微振动主动控制实验环境与验证平台的搭建。通过实验验证了相关技术方法的可行性与相关算法的可靠性，并探索了空间装置微振动控制的工程实现方法。 2100433B

近年来，炼钢-连铸调度问题成为学术界和工业界共同关注的研究热点。然而，由于炼钢-连铸过程具有大规模、强约束、多目标和动态不确定等复杂特征，现有的调度方法还很不完善，难以有效应用于生产实践。本项目拟以保证炼钢-连铸生产过程的安全平稳高效运行为目标，系统研究炼钢-连铸自适应鲁棒调度方法，包括炼钢-连铸鲁棒调度模型、基于Meta-Lamarckian学习机制的自适应控制策略、基于离散群智能的高性能多目标鲁棒调度算法、调度鲁棒性和鲁棒调度算法的基本理论等内容。充分考虑调度性能指标和鲁棒性指标的统一，主动调度和反应调度两种模式的综合集成，调度模型、控制策略和调度算法的呼应，局部调度与全局调度的协调，给出一批具有可指导性和实用性的炼钢-连铸自适应鲁棒调度理论成果。研究成果将丰富和深化已有的炼钢-连铸调度方法，推动具有问题特征的鲁棒调度理论的发展，可望直接服务于国民经济和社会发展。

空间铰接柔性帆板和空间柔性臂等柔性多体结构在空间环境的特点：系统模型高阶且低阶振动模态频率低，阻尼弱；在调姿、变轨和温度变化易引起振动和颤振问题。研究了柔性多体结构动力学、有限元建模、振动和颤振特性分析。研究智能结构传感器和驱动器优化配置方法，分析了系统的稳定性和自适应时延补偿算法。研究了基于模型降阶和低阶模型匹配的振动和颤振抑制的智能、自适应和非线性控制方法。采用智能结构材料PZT传感器、加速度传感器、视觉传感器，压电驱动器、伺服电机、气压驱动和SMA驱动等建立实验装置，包括铰接锁紧板和柔性机械臂等实验系统。进行振动和颤振辨识、主动控制算法的试验研究，验证了研究理论方法和技术。主要研究内容、重要结果、关键数据：(1) 研制了一种压电铰接柔性板结构，进行了传感器和驱动器优化配置，实现了弯曲和扭转模态在检测和驱动上的解耦。进行了弯曲和扭转振动的非线性控制和T-S模糊控制仿真和实验研究，实现了快速振动抑制。(2) 提出了一种基于端部CCD相机视觉检测，进行柔性板结构的弯曲和扭转模态振动检测方案和图像处理方法。并进行了有限时间快速残余振动控制实验研究。(3) 研制了一种基于滚珠丝杠驱动的压电柔性臂系统，进行了特征模型的低阶模型匹配的自适应非线性控制实验研究。(4) 研制了一种谐波齿轮传动的压电铰接梁系统和一种基于行星减速器驱动的压电双柔性梁系统，分别进行了模糊终端滑模控制和分层递推控制实验研究。(5) 提出并研制了基于有杆气缸和无杆气缸驱动的压电柔性臂系统，进行了模糊自适应控制、自组织神经网络映射控制、自适应时延补偿控制等算法的仿真和实验研究，实现了振动有效控制。(6) 研制了压电固支板结构，进行了自适应滤波前馈Filter-X LMS、自适应前馈结合反馈控制FULMS等算法仿真和实验研究。相关研究成果发表文章SCI检索12篇，录用国际刊物6篇，发表EI期刊和会议文章8篇，授权专利11件，申请发明专利11件。研究成果为相关柔性结构控制工程实现和应用提供相应的理论基础和新的技术途径。 2100433B

构成该专利的一部分的附图用来提供对《臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械》的进一步理解，该发明的示意性实施例及其说明用于解释该发明，并不构成对该发明的不当限定。在附图中：

图1是根据《臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械》的臂架振动控制方法的示意图；

图2是根据《臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械》的臂架振动控制装置的示意图。