[发明专利]一种自适应H无穷控制的悬臂梁振动控制方法

说明书

本发明公开的是一种自适应H无穷控制的悬臂梁振动控制方法，应用于悬臂梁振动控制中；其方法为：（1）建立悬臂梁的模型；2）建立自适应控制器，将自适应控制器控制输出作为悬臂梁系统的控制输入；（3）基于Lyapunov稳定性理论，建立自适应律，确保系统稳定性;本发明控制器由两部分组成，一部分采用自适应控制器逼近悬臂梁系统的理想控制输入，另一部分采用H无穷鲁棒控制器提高系统对不确定项和外界干扰的鲁棒性。本发明可以针对外界干扰不确定实时调整控制器的参数，精确跟踪给定的参考轨迹，使跟踪误差迅速收敛为零；基于Riccati‑like方程设计的控制器能有效消除系统非线性对轨迹跟踪的影响，能够对悬臂梁系统实现满意的跟踪性能，同时提高了系统的鲁棒性和可靠性。

技术领域

本发明涉及的是一种悬臂梁的控制方法，特别是涉及基于自适应H_∞控制的悬臂梁振动控制方法。

背景技术

悬臂梁是指梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动的固定支座，另一端为自由端(可以产生平行于轴向和垂直于轴向的力)。在工程力学受力分析中，比较典型的简化模型。在实际工程分析中，大部分实际工程受力部件都可以简化为悬臂梁。

随着科学技术的发展日新月异，航空航天技术的飞速发展，空间活动规模的日益扩大，对航空航天技术和空间结构的要求也越来越严格，大量的航天空间结构，如大型模块化的宇宙空间站、太阳能帆板、卫星天线、高精度光学系统及其支承体结构、空间机械臂等都有向柔性化发展的趋势。柔性构件的使用不仅增加了航天器设计和制造的灵活性，同时也降低了发射成本，因此，柔性构件的广泛采用是一个必然的趋势。但柔性构件也存在不足之处，那就是其在运动或定位时容易产生弹性振动，在运动结束时也会产生残余振动，所引起的振动对运动平稳性和定位精度有着很大的影响。例如：空间机器人及航天器挠性附件如太阳帆板等在扰动情况下，其大幅度的自由振动要延续很长时间，这将影响稳定性和指向控制精度，尤其是当需要精确地控制其位置和指向时。国际空间探索中发生过类似的事故，如美国发射的陆地卫星观测仪的旋转部分，由于受到太阳能帆板驱动系统的干扰而振动，影响了观测仪的稳定工作，大大降低了其传送图像的质量，又如美国1958年发射的“探索者l号”通讯卫星，由于其四根鞭状天线的振动耗散了很多能量，在正常工作了一段时间以后，出现了意想不到的卫星翻滚现象，最终导致任务失败。就国内而言，随着我国航空航天事业的迅速发展，振动问题也日益突出，如东方红三号通讯卫星就因为太阳能帆板的振动而产生过严重的问题。

传统抑制振动的方法是通过被动的隔振，减振的方法来起到减振的目的，而这些方法比较被动、死板、适应性差，不能对多变的外界振动进行实时的控制。为了克服上述困难，振动主动控制被提出来，振动主动控制能够实时感受到外界的振动情况，做出适当的反应，输出控制信号，来抑制振动。结构系统的抗振动性能对于系统的工作可靠性和精度是至关熏要的。大量的工程结构在实际运行中普遍承受振动环境的激励，若不采取措施对这些结构的振动予以抑制，就会影响结构上各部件的工作性能和寿命，严重时会使其功能失效。因此，为了提高结构的工作性能和精度，必须对结构进行实时振动控制。

国际上的文章有将各种先进控制方法应用到悬臂梁的控制当中，典型的有自适应控制和模糊控制方法。这些实现了对悬臂梁的轨迹控制，但自适应控制对外界扰动的鲁棒性很低，易使系统变得不稳定。

由此可见，悬臂梁振动控制显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。基于从事多年丰富的实务经验及专业知识，研究出一种基于自适应H_∞控制的悬臂梁振动控制方法，来解决现有技术上的步骤。

发明内容：

为鉴于上述现有的悬臂梁在控制使用上存在的缺陷，本发明目的在于提供了一种基于自适应H无穷控制的悬臂梁振动控制方法，将自适应H_∞控制方法应用到悬臂梁系统中，能够实现对系统的有效控制，以避免控制系统对悬臂梁的模型的依赖性，补偿制造误差和环境干扰，确保整个控制系统的全局渐进稳定性，提高了系统的可靠性和对参数变化的鲁棒性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：