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文檔簡介

1、論文導讀：以植入SMA的航天器的撓性帆板為研究對象，建立了其動力學模型及主動振動控制方程。編制程序對植入SMA絲的帆板在受迫振動情況下的最優主動控制進行了計算，并對結果進行了分析。仿真結果表明，這樣的控制規律有效抑制了帆板的振動。關鍵詞：撓性帆板，最優主動控制SMA，振動抑制1.引言新一代航天器的突出的特點是具有大型的撓性附件（包括太陽帆板、天線等）。在航天器的機動過程中, 航天器中心剛體和撓性附件之間存在著強烈的剛撓耦合, 會導致這些撓性結構的持續振動，又由于太空無大氣，不存在空氣阻尼，撓性附件的振動衰減緩慢。降低撓性結構的振動的最有效的方法是近年來發展起來的主動控制技術。SMA所特有的不同

2、與傳統功能材料的力學特性和形狀記憶效應，使得其具有對環境條件的感知功能和對系統的驅動功能，可用作自適應結構的主動元件。因而在實際應用中常將SMA絲或顆粒埋入樹脂、金屬及復合材料的基體中，經過細觀力學原理設計制成具有分布式和驅動器功能的智能復合材料，來實現對結構力學行為的主動控制1。本文利用SMA絲在約束條件下改變其溫度23，可以產生很大恢復應力的特點。將SMA絲植入帆板中，形成SMA驅動器，采用經典線性最優控制有效抑制了帆板的小幅度振動。2. 嵌入形狀記憶合金絲復合材料梁的材料參數帶有太陽帆板的航天器可以簡化為中心剛體和固連在剛體上太陽帆板（可以看成撓性梁）構成。在嵌入形狀記憶合金絲復合材料梁

3、中，SMA絲沿梁的軸線方向鋪設，如圖1所示。圖1 嵌入SMA絲復合材料梁的代表性結構單元用下標“u”表示與基體相關的量，“v”表示與形狀記憶合金絲相關的量，“1”方向(x方向)表示SMA絲的方向，“2”方向（Y方向)表示SMA絲的橫向，與嵌入形狀記憶合金絲后復合材料梁相關的量不用下標。嵌入形狀記憶合金絲復合材料梁中，基體所占的體積含量比為, SMA絲所占的體積含量比為，則，（1）式中為復合材料梁橫截面的面積，和分別為基體和SMA絲在橫截面上所占面積，。按照文獻36的方法，由復合材料混合率公式89,90可得到均勻嵌入形狀記憶合金絲復合材料梁的材料參數:（2）用上標“*”表示該量與SMA的本構特性有關。3.撓性帆板的動力學模型圖2所示為近似帶有撓性附件的航天器模型，它是由半徑為r中心剛體和均勻固連在剛體上太陽帆板（可以看成撓性梁）構成。其中懸臂梁上植入了形狀記憶合金絲。相對轉動角即姿態角。表示為外部控制力，其中任意點的變形為。主體轉動慣量為，固支點到中心o的距離為r。 圖2 撓性航天器的結構示意圖圖3 帆板側面圖由圖3可以看出任意時刻控制力矩。的大小為（3）其中,分別為SMA驅動器A, B到帆板中性軸的距離，分別為t時刻SMA上下驅動器中所有SMA絲拉力的合力，,。, 分別為第

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