力平衡狀態下的物體及其振動控制與姿態調整方法技術

本發明專利技術提供了一種力平衡狀態下的物體，包括目標主體、結構體陣列、連接件；多個結構體之間通過可變剛度主動執行件依次連接。本發明專利技術還提供相應的振動控制與姿態調整方法，包括傳遞路徑上的振動控制步驟、基于變剛度阻尼特性的動力吸振步驟、輔助調整姿態步驟。本發明專利技術是基于結構功能一體化的變剛度執行件，避免了對板狀結構本體甚至是目標主體結構的破壞，控制算法更加簡單、有效；可分別對來自板狀結構的擾動進行主動振動抑制，對來自目標主體本身的振動進行主動動力吸振；并可以在多頻段、多自由度方向上進行；能輔助對目標體的姿態進行調整。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及振動控制技術，具體地，涉及一種攜帶板狀結構等結構體處于慣性懸浮等力平衡狀態下的目標體振動和姿態調整控制方案,尤其是涉及動力吸振技術、結構功能一體化設計技術和力平衡狀態下的物體姿態調整控制技術方案。
技術介紹
力平衡狀態下的物體振動控制問題一直以來是工程應用上的難點問題；結構功能一體化設計是當前工程應用領域，特別是航空航天領域發展的一大趨勢。目前對于力平衡狀態下的物體振動控制方法研究主要集中在對板狀結構本體的研究上，通過在板狀結構上安裝智能材料，如壓電陶瓷應變片、形狀記憶合金等，或者安裝阻尼器等來改善板狀結構的振動型態，從而實現目標體的振動控制，這種振動控制方法雖然有一定的效果，但是會帶來如結構的破壞和重量的增加等問題。慣性懸浮體的姿態調整目前廣泛采用的是噴氣式矢量推進技術，但是這種控制方式會受到如燃料等的限制，在某些特定的情況下，無法展開。目前沒有發現同本專利技術類似技術的說明或報道，也尚未收集到國內外類似的資料。
技術實現思路
針對現有技術中的缺陷，本專利技術的目的是提供一種力平衡狀態下的物體及其振動控制與姿態調整方法。根據本專利技術提供的一種力平衡狀態下的物體，包括目標主體，還包括連接目標主體的若干組結構體組件；所述結構體組件，包括結構體陣列或者單個結構體；結構體陣列或者單個結構體，通過連接件或者可變剛度主動執行件與目標主體連接，連接方式為緊固連接或者柔性連接；結構體陣列包括多個結構體，多個結構體之間通過可變剛度主動執行件連接。優選地，可變剛度主動執行件包括如下任一種或任多種裝置：-剛度可變的智能材料結構件；或者-剛度可變的電磁驅動機構；-熱致驅動機構。根據本專利技術提供的一種上述的力平衡狀態下的物體的振動控制與姿態調整方法，包括如下任一個或任多個步驟：-傳遞路徑上的振動控制步驟；-基于變剛度阻尼特性的動力吸振步驟；-輔助調整姿態步驟。優選地，所述傳遞路徑上的振動控制步驟，包括：步驟1：判斷檢測到的干擾是否為因激勵而引起的結構體振動；若是，則接下來執行步驟2；若否，則接下來執行所述基于變剛度阻尼特性的動力吸振步驟；步驟2：判斷結構體振動的強度是否超出設定的承受范圍；若是，則控制可變剛度主動執行件解除對所連接結構體位置的鎖定，進行主動卸載，流程結束；若否，則接下來執行步驟3；步驟3：控制可變剛度主動執行件產生相對于結構體振動同頻反向的運動，從而抑制振動。優選地，所述基于變剛度阻尼特性的動力吸振步驟，包括：步驟A：判斷檢測到的干擾是否為目標主體受外界激勵或者內部激勵而產生的自身振動；若是，則接下來執行步驟B；若否，則接下來執行所述傳遞路徑上的振動控制步驟；步驟B：判斷結構體組件的固有頻率是否在振動的頻段內；若是，則通過結構體組件產生共振耗能，從而吸收目標主體的振動，流程結束；若否，則改變可變剛度主動執行件的剛度和阻尼，使結構體組件的固有頻率與目標主體的振動頻率一致，進而進行動力吸振。優選地，所述輔助調整姿態步驟，包括：步驟I：當目標主體需要進行輔助調整姿態，且目標主體和結構體組件均滿足設定的輔助調整姿態的位置條件時，控制可變剛度主動執行件對結構體執行驅動，進而實現目標主體的輔助調整姿態。優選地，通過控制可變剛度主動執行件對結構體執行驅動，使得可變剛度主動執行件輸出往復的驅動扭矩，從而驅使可變剛度主動執行件兩側連接的結構體產生往復的擺動，進而與結構體相連的目標主體產生往復的擺動，實現姿態的調整。優選地，在可變剛度主動執行件輸出的往復的驅動扭矩中，包括目標主體兩側的可變剛度主動執行件同時輸出對稱或反向的扭矩，使得目標主體往復平動或者向一個方向連續轉動，實現姿態的調整；或包括只有目標主體一側的可變剛度主動執行件輸出扭矩，使目標主體產生來回的擺動，實現姿態的調整。優選地，可變剛度主動執行件兩側連接的對象體的轉動慣量不同；其中，所述對象體包括結構體組件和/或目標主體。優選地，包括控制結構體組件在伸展狀態與回收狀態之間變化；當結構體組件處于伸展狀態時，結構體陣列為平展狀；當結構體組件處于回收狀態時，結構體陣列為疊合狀；還包括控制結構體組件繞目標主體的轉動，以進行指定方向位置跟蹤；伸展、回收以及轉動動作均基于可變剛度主動執行件實現。與現有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果：1、本專利技術是基于結構功能一體化的變剛度執行件，避免了對板狀結構本體甚至是目標主體結構的破壞，控制算法更加簡單、有效；2、本專利技術針對目標主體的振動控制提出了兩種控制策略，分別對來自板狀結構的擾動進行主動振動抑制，對來自目標主體本身的振動進行主動動力吸振；3、本專利技術通過調整可變剛度主動執行件和板狀結構組合體的剛度和阻尼來進行動力吸振，是一種主動方式的、智能化的動力吸振；4、本專利技術的動力吸振可以在多頻段、多自由度方向上進行；5、本專利技術提出的輔助姿態調整策略對于一些特定場合，能發揮重要作用，能有效地補充噴氣式矢量推進技術的不足之處；6、本專利技術提出的姿態調整可以是平動和旋轉方向上的姿態調整；7、本專利技術的控制策略易于實現模塊化設計和擴展，便于集成。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：圖1為本專利技術控制方法的總體框架圖；圖2為本專利技術控制方法中傳遞路徑上的振動控制步驟的流程圖；傳遞路徑上的振動控制步驟記為控制策略1；圖3為本專利技術控制方法中基于變剛度阻尼特性的動力吸振步驟的流程圖；基于變剛度阻尼特性的動力吸振步驟記為控制策略2；圖4為本專利技術控制方法中輔助調整姿態步驟的流程圖；輔助調整姿態步驟記為控制策略3；圖5、6為本專利技術機械結構部分的兩種基礎形式。其中，圖5為正視圖，圖6為運動控制過程中俯視圖；圖7、8、9和10為本專利技術幾種基礎結構形式下的輔助姿態調整控制的應用實例示意圖；圖11、12、13為本專利技術不同結構形式擴展組合應用實例示意圖。圖中：1為目標主體，2為連接件，3為可變剛度主動執行件，4為結構體。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本專利技術，但不以任何形式限制本專利技術。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本專利技術的保護范圍。根據本專利技術提供的一種力平衡狀態下的物體，包括目標主體，還包括連接目標主體的若干組結構體組件；所述結構體組件，包括結構體陣列、連接件；結構體陣列通過連接件與目標主體緊固連接或者柔性連接；結構體陣列包括多個結構體，多個結構體之間通過可變剛度主動執行件依次連接。結構體可以為板體。結構件陣列可以為板陣列。在變化例中，結構體組件包括單個結構體，單個結構體通過連接件或者可變剛度主動執行件與目標主體連接，連接方式為緊固連接或者柔性連接；結構體陣列還可以通過可變剛度主動執行件與目標主體連接。力平衡狀態下的物體優選是指懸浮或重力平衡狀態下的物體。可變剛度主動執行件包括：-剛度可變的智能材料結構件；或者-剛度可變的電磁驅動機構；-熱致驅動機構。具體地，目標主體可以是航天衛星、太空艙等慣性懸浮體，既作為被控對象，也是本專利技術控制方法得以實現的執行各控制策略的控制中心的載體。可變剛度主動執行件的數量和安裝位置可以調整。所述可變剛度主動執行件安裝在結構體與結構體之間，既作本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種力平衡狀態下的物體，其特征在于，包括目標主體，還包括連接目標主體的若干組結構體組件；所述結構體組件，包括結構體陣列或者單個結構體；結構體陣列或者單個結構體，通過連接件或者可變剛度主動執行件與目標主體連接，連接方式為緊固連接或者柔性連接；結構體陣列包括多個結構體，多個結構體之間通過可變剛度主動執行件連接。

【技術特征摘要】
1.一種力平衡狀態下的物體，其特征在于，包括目標主體，還包括連接目標主體的若干組結構體組件；所述結構體組件，包括結構體陣列或者單個結構體；結構體陣列或者單個結構體，通過連接件或者可變剛度主動執行件與目標主體連接，連接方式為緊固連接或者柔性連接；結構體陣列包括多個結構體，多個結構體之間通過可變剛度主動執行件連接。2.根據權利要求1所述的力平衡狀態下的物體，其特征在于，可變剛度主動執行件如下任一種或任多種裝置：-剛度可變的智能材料結構件；-剛度可變的電驅動機構；-剛度可變的磁驅動機構；-剛度可變的電磁驅動機構；-熱致驅動機構。3.一種權利要求1所述的力平衡狀態下的物體的振動控制與姿態調整方法，其特征在于，包括如下任一個或任多個步驟：-傳遞路徑上的振動控制步驟；-基于變剛度阻尼特性的動力吸振步驟；-輔助調整姿態步驟。4.根據權利要求3所述的力平衡狀態下的物體的振動控制與姿態調整方法，其特征在于，所述傳遞路徑上的振動控制步驟，包括：步驟1：判斷檢測到的干擾是否為因激勵而引起的結構體振動；若是，則接下來執行步驟2；若否，則接下來執行所述基于變剛度阻尼特性的動力吸振步驟；步驟2：判斷結構體振動的強度是否超出設定的承受范圍；若是，則控制可變剛度主動執行件解除對所連接結構體位置的鎖定，進行主動卸載，流程結束；若否，則接下來執行步驟3；步驟3：控制可變剛度主動執行件產生相對于結構體振動同頻反向的運動，從而抑制振動。5.根據權利要求3所述的力平衡狀態下的物體的振動控制與姿態調整方法，其特征在于，所述基于變剛度阻尼特性的動力吸振步驟，包括：步驟A：判斷檢測到的干擾是否為目標主體受外界激勵或者內部激勵而產生的自身振動；若是，則接下來執行步驟B；若否，則接下來執行所述傳遞路徑上的振動控制步驟；步驟B：判斷結構體組件的固有頻率是否在振動的頻段內；若是，則通過結構體組件產生共...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊斌堂，何泉，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：上海;31