基于动力吸振器的空间桁架多自由度振动抑制

    航天器上使用的大型轻质柔性桁架结构具有刚度低，阻尼小的特点，受扰后引起的振动难以衰减，对航天器姿态精确保持和结构寿命造成了不利影响． 国内外学者提出在柔性结构中嵌入如压电陶瓷、磁致伸缩材料等智能结构的方法进行振动的主动控制［1］． 然而，对于类似盘压杆等变形展开式桁架结构以及空间站使用的大型桁架结构难以通过植入上述主动元件的方法进行振动抑制，限制了这类结构的应用．

    采用动力吸振器 ( DVA，Dynamic VibrationAbsorber) 能有效解决上述结构的振动抑制问题．DVA 的抑振原理为: 在结构上附加弹簧质量块系统，当结构振动时，引起该附加系统质量块的振动，使其产生对结构的反向作用力，抑制结构的振动［2］．

    采用 DVA 进行结构的振动控制，无需将DVA 植入被控结构中，因此适用于变形展开式结构的振动控制． 相对其他减震装置而言，DVA 具有高效可靠和低维护成本的优点［3］，在振动控制领域已有广泛的应用［4］．    由于主动 DVA 具有更宽的控制带宽以及更好的控制效果，因此，针对主动 DVA 控制方法的研究也受到了广泛关注，例如，文献［5］提出了基于扩张状态观测器原理的 DVA 主动振动控制方法，并针对一个桁架模型进行了单自由度振动控制的仿真验证; 文献［6］将 DVA 质量块的位移速度信号作为反馈信号，提出了一种最优振动控制方法，并针对柔性梁结构进行了振动控制的仿真验证; 文献［7］将 DVA 质量块与结构的相对位移、速度增加到反馈控制环节中，改进了传统DVA 速度反馈控制的鲁棒性．

    上述控制方法均需要对结构的动力学模型进行精确建模，其控制性能和鲁棒性受到结构参数的影响． 然而空间桁架结构的振动为多自由度，其结构模型不仅复杂，而且存在诸多的不确定性，甚至在复杂的空间环境下结构参数会发生改变，这些特性导致难以利用精确的空间结构动力学模型设控制器． 因此如何在不需要建立精确动力学模型的情况下，利用多 DVA 实现对这类复杂结构的多自由度主动振动控制是亟待解决的问题．

    本文提出了一种基于 DVA 的桁架多自由度自适应振动控制方法，以解决复杂桁架系统的多自由度振动问题． 该控制方法在( ADC，AdaptiveDisturbance Canceller) 算法［8］的基础上提出，可在被控对象模型未知的情况下通过自适应控制算法实现对桁架多自由度多频率的振动抑制． 首先介绍了单自由度 DVA 的振动控制原理，在此基础上，阐述了基于 DVA 的桁架多自由度振动控制策略，然后仿真验证了单个 DVA 对多频扰动的自适应抑制能力，最后建立了 DVA-三棱柱桁架实验装置，进行了三自由度振动主动控制实验，验证了方法的有效性．