[发明专利]空间太阳能发电卫星在轨组装的分布式振动控制器设计方法

说明书

本发明提供一种空间太阳能发电卫星在轨组装的分布式振动控制器设计方法。本发明包括：根据空间太阳能发电卫星结构组装特点定义可独立控制的子结构形式，建立子结构间的邻接关系矩阵；基于所述邻接关系矩阵，将子结构的刚度矩阵、质量矩阵、阻尼矩阵按照所处整体结构的相对位置进行拼接组装，建立面向分布式控制的子结构动力学模型和在轨组装过程中空间太阳能发电卫星整体结构的动力学模型；设计各分布式子结构的振动控制器，将整体结构的控制输入带入到整体结构的动力学方程中，得到闭环系统。本发明设计的子结构控制器可直接降低整体结构控制器的复杂程度，求解更为简单。

技术领域

本发明涉及航空航天领域、动力学与结构控制领域，尤其涉及一种空间太阳能发电卫星在轨组装的分布式振动控制器设计方法。

背景技术

目前针对空间太阳能发电卫星的振动控制均应用于系统构建完成后的在轨运行阶段，且现有的振动控制方案均属于集中式控制，即整体结构只有一个控制器进行控制输入的求解。但空间太阳能发电卫星属于超大型空间系统，其部件结构在轨组装过程尺寸变化较大，在数米到数千米量级之间，这对在组装过程中的控制系统有自适应变化的需求；另外，随着组装的进行，结构控制所需的传感器和作动器数目也有大幅增加，这使得控制系统维数越来越大，集中控制器自适应更新时的计算效率受限于星载计算机的计算能力，难以顺利实现；为提高集中控制器的求解效率，现有的方法一般是采用模态截断等方式来减小结构系统维数，或通过将模态通道分散化进行独立控制，对于模态相对密集的空间太阳能发电卫星来说，这种处理方式容易造成观测溢出或系统失稳；特别是集中式控制采用单一控制器的形式进行全局控制，当控制器发生故障时无法保证整个空间太阳能发电卫星系统的容错性能。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种空间太阳能发电卫星在轨组装的分布式振动控制器设计方法。本发明采用的技术手段如下：

一种空间太阳能发电卫星在轨组装的分布式振动控制器设计方法，包括如下步骤：

步骤一、根据空间太阳能发电卫星结构组装特点定义可独立控制的子结构形式，建立各子结构间的邻接关系矩阵；

步骤二、基于所述邻接关系矩阵，将子结构的刚度矩阵、质量矩阵、阻尼矩阵按照所处整体结构的相对位置进行拼接组装，建立面向分布式控制的子结构动力学模型和在轨组装过程中空间太阳能发电卫星整体结构的动力学模型；

步骤三、通过所述子结构动力学模型，设计各分布式子结构的振动控制器，将各子结构的控制输入整合为整体结构的控制输入后，带入到整体结构的动力学方程中，得到闭环系统。

进一步地，所述步骤二具体包括：

S21、将子结构之间的物理邻接处理为弹性约束，基于哈密顿原理，建立面向分布式控制的子结构动力学模型，转换成状态空间形式如下：

其中，M、K、C分别为结构的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵；B_Iu为动力加载位置矩阵，C_YI为相应的测量矩阵，X_I为子结构的状态向量，Y_I为子结构的测量向量，v_I为子结构的测量误差向量，I∈{1,2,…,N}，N为子结构的总个数；

S22、整体结构的动力学模型为：

其中，X和Y为空间太阳能电站结构的状态向量和测量向量，A、B₁、B₂和C_Y分别表示系统矩阵、扰动输入矩阵、控制输入矩阵以及系统测量矩阵，W表示系统扰动，V表示测量误差向量，每次模块组装完毕后，根据当前的子结构邻接关系矩阵更新式(2)所示的整体结构动力学模型。