题目：基于形状记忆合金作动器的太阳能帆板振动主动控制研究

    太阳能帆板是航天器上提供能源的重要部件，由于具有质量轻，柔性大等结构特点，当受到外太空的粒子流、太阳风以及航天器调姿、变轨等外部或内部干扰时极易产生长时间的持续振动，进而影响航天器的姿态稳定性，甚至会造成结构疲劳断裂。因此，对太阳能帆板振动进行主动控制的研究在航天器设计中具有非常重要的应用价值。然而，由于太阳能帆板的复杂非线性结构特点，使其动力学建模、控制系统的设计和实验的实施具有较大的困难。本文采用形状记忆合金作动器对太阳能帆板的振动进行主动控制，深入地研究了形状记忆合金与太阳能帆板的建模、太阳能帆板振动主动控制系统的设计、实验系统的建立及实施等问题。其主要研究内容如下：

    1、形状记忆合金主要利用其产生的回复力进行振动主动控制，然而，由于形状记忆合金本构关系的复杂性，回复力的精确理论建模非常困难。因此，本文提出了形状记忆合金约束回复的神经网络模型，模拟并预测形状记忆合金的完整约束回复过程，该模型能够较好地描述形状记忆合金加热和冷却时应力的滞后特性，并能够很好地反映形状记忆合金回复力与温度的关系。

    2、太阳能帆板的准确动力学建模是进行控制系统设计的前提，针对太阳能帆板结构中铰链的非线性动力学特点，利用由实验获得的真实航天器铰链的动力学实验数据，采用力状态映射法建立了铰链的非线性动力学模型，该模型能够描述真实铰链的非线性刚度、摩擦及阻尼特性，并能够较为准确地模拟真实铰链的非线性动力学行为。利用建立的铰链模型，并结合太阳能帆板的其它结构模型，进一步建立了真实航天器太阳能帆板整体结构的非线性动力学模型。

    3、进行了基于形状记忆合金作动器的太阳能帆板振动主动控制系统的设计。

    （1）形状记忆合金作动器的驱动频率决定了它的驱动性能，提高形状记忆合金驱动频率的主要途径是提高其热交换速度。本文提出形状记忆合金作动器与太阳能帆板之间的点间隔离散式连接方法，以加快形状记忆合金的热交换速度，采用该方法可有效提高形状记忆合金作动器的响应速度和振动控制频率。

    （2）由于太阳能帆板模型结构复杂且具有较高的自由度，在应用传统作动器配置方法对形状记忆合金作动器进行优化配置时，复杂的优化计算会带来求解上的困难。本文通过计算系统的可控Gram因子对多种可行作动器配置方案的可控度进行评估，确定了形状记忆合金作动器在太阳能帆板上的最佳配置方案，简化了复杂的优化配置求解过程，有利于提高计算效率。

    4、为了提高设计的控制系统的振动抑制效果，针对形状记忆合金作动器和太阳能帆板模型中的不确定性和非线性因素，设计了太阳能帆板振动控制系统滑模控制器，该控制器对系统中由参数摄动、非线性及外界干扰引起的不确定性具有较强的鲁棒性。仿真结果表明设计的滑模控制器可有效抑制太阳能帆板的振动，且其控制效果显著优于传统的比例-积分-微分方法的控制效果。

    5、建立真实航天器太阳能帆板的振动主动控制实验系统。为了实现对被控系统的高效、实时振动控制，提出传感器的高速、精确、非线性校正方法，对温度传感器进行了高速、精确的热电势-温度非线性校正，有效地提高了对形状记忆合金作动器温度测量的速度和精度。同时成功研制了专门针对形状记忆合金的具有良好动态特性的驱动装置。利用该实验系统，首次成功实现了采用形状记忆合金作动器对真实航天器太阳能帆板振动的主动控制，并取得了良好的振动抑制效果。