● 摘要
随着空间探测的不断深入，航天器向着大体积、高柔性、低阻尼方向发展。越来越多的桁架结构被用作航天器的支撑结构和空间可折叠展开结构。但同时也由于其高柔性，空间桁架系统的振动一旦激发将很难快速衰减，因而在空间应用中桁架的振动抑制问题不能忽略。随着计算机技术和控制技术的发展，振动主动控制技术受到越来越多研究者的关注。然而采用在桁架结构中布置主动作动器的方式，容易对空间桁架的收拢和展开造成影响。同时分散布置的主动作动器的维护也会增加桁架的质量和复杂度。采用根部控制策略则可以很好的解决由于在空间桁架中布置主动作动器引入的问题。Stewart平台作为一种六自由度运动平台，定位精度高、承载能力强、具有六自由度运动输出能力。将其作为主动基座起到连接空间桁架与航天器本体的作用，能够实现空间桁架振动的根部控制。本文基于课题组研制设计的大行程Stewart平台，进行了变结构柔性桁架的振动主动抑制方法的研究。
论文首先论述了研究的背景和意义。介绍了桁架结构在国内外航天项目中的应用，柔性结构的控制策略和方法。针对现有的控制策略的不足，采用将Stewart平台作为主动基座的控制策略，采用自抗扰控制方法，进行变结构柔性桁架的振动主动抑制研究。
其次通过有限元分析计算，设计了变结构低频柔性桁架作为实验对象，完成了变结构桁架的构型设计，机械设计，最后建立了柔性桁架振动控制地面实验系统。建立了含Stewart平台上平板和桁架的刚柔耦合动力学解析模型和ADAMS模型，针对变结构桁架的前三阶模态振动分别设计了自抗扰控制器，通过三种桁架长度下桁架振动抑制的仿真、实验，验证了本文控制策略和算法的合理性与有效性。实验结果表明，不同长度的桁架，采用同一组自抗扰控制器参数，其前三阶振动衰减时间相比无控状态都能减少50%以上。
随后，依据工程部门的数据建立了一个空间变结构柔性桁架的ADAMS模型。在实验和仿真验证了控制策略和算法的基础之上，利用主动基座策略和自抗扰控制方法对空间变结构桁架的振动进行了研究。同时为了提高自抗扰(ADRC)方法的快速性，在ADRC的基础之上增加了自适应参数环节，使得ADRC控制器中的控制增益能够随着系统状态变化，保证桁架结构能够更快稳定下来。仿真结果验证了该方法空间柔性桁架振动的主动抑制效果良好，具有强鲁棒性。
最后，对全文的工作进行了总结，并指出了下一步的研究方向。