[发明专利]一种半主动控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种半主动控制系统及方法。该系统包括传感器阵列、控制器和驱动器阵列，控制器包括电荷放大器、第一信号调理模块、单片机控制模块、第二信号调理模块和高压放大模块，电荷放大器与传感器阵列的输出端连接，第一信号调理模块与电荷放大器的输出端连接，单片机控制模块与第一信号调理模块的输出端连接，第二信号调理模块与单片机控制模块的输出端连接，高压放大模块与第二信号调理模块的输出端连接，驱动器阵列与高压放大模块的输出端连接。采用本发明的方法或系统，可以实现对卫星展开臂结构的多模态振动控制，提高了控制能力，简化了控制系统，缩短了控制时间，减小了控制系统的重量和体积，更能满足航天结构对振动控制的要求。

技术领域

本发明涉及控制技术领域，特别是涉及一种半主动控制系统及方法。

背景技术

随着航天事业的不断发展，航天器的大型化、低刚度与柔性化是目前的一个重要发展趋势。然而，由于航天器的自身运动或复杂多变的外太空环境，柔性结构的航天器比刚性结构的航天器更容易产生振动，并且由于柔性结构的航天器的阻尼比通常较低，振动一旦产生，系统振荡衰减时间较长，这样导致航天器在长时间内无法正常工作。因此，航天器的振动控制变得的越来越重要。

目前，常用的航天器的振动控制手段为被动控制和基于压电材料的主动控制，采用被动控制手段对大型柔性结构的航天器进行振动控制，需要外部输入能量，例如增加隔振器、吸振器等控制装置，不仅控制起来复杂，并且需要的时间较长，控制力较小，控制效果不佳；而基于压电材料的主动控制使用压电材料等作为系统的传感器和执行器，通过采集位移信号产生的控制电压，将控制电压通过功率放大器放大并加载到压电材料上，该控制手段采用功率放大器，导致控制设备的体积和重量大，与航天器的需求相违背。

发明内容

基于此，有必要提供一种控制能力强且能够减小控制系统的重量和体积的半主动控制系统及方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种半主动控制系统，所述半主动控制系统包括传感器阵列、控制器和驱动器阵列；

所述传感器阵列固定在卫星展开臂结构的外表面，用于获取卫星展开臂结构的多模态振动信息，所述多模态振动信息包括多个方向上的单模态振动信息，所述单模态振动信息为弯曲振动信息或扭转振动信息；

所述控制器包括电荷放大器、第一信号调理模块、单片机控制模块、第二信号调理模块以及高压放大模块；

所述电荷放大器与所述传感器阵列的输出端连接，用于将任一方向上的单模态振动信息转换为电压信号；所述第一信号调理模块与所述电荷放大器的输出端连接，用于对所述电压信号进行调理，获取相位与卫星展开臂结构运动方向一致的传感电压信号；所述单片机控制模块与所述第一信号调理模块的输出端连接，用于根据所述传感电压信号产生开关切换信号和控制电压信号；所述第二信号调理模块与所述单片机控制模块的输出端连接，用于对所述开关切换信号和所述控制电压信号进行调理；所述高压放大模块与所述第二信号调理模块的输出端连接，用于将调理后的控制电压信号进行放大，产生控制高电压信号；

所述驱动器阵列固定在卫星展开臂结构的外表面，所述驱动器阵列与所述高压放大模块的输出端连接，用于根据所述调理后的开关切换信号和所述控制高电压信号产生控制力，实现对卫星展开臂结构的多模态振动控制。

可选的，所述传感器阵列由多个压电纤维复合材料传感器构成，所述压电纤维复合材料传感器由小片压电纤维复合材料制备而成。

可选的，所述压电纤维复合材料传感器固定在在卫星展开臂结构外表面的根部结构应变最大的位置；所述传感器阵列中的多个压电纤维复合材料传感器的分布方式包括径向呈90°分布和在轴向方向上正交分布，径向呈90°分布的多个压电纤维复合材料传感器用于采集多个方向上的弯曲振动信息，在轴向方向上正交分布的多个压电纤维复合材料传感器用于采集多个方向上的扭转振动信息，所述弯曲振动信息与所述扭转振动信息均为通过正压电效应产生的电荷信号。