形状控制

空间结构的主动阻尼、隔振和形状控制：教程

摘要：本教程回顾了作者在过去 35 年中对精密空间结构主动控制的贡献。它基于 2022 年 9 月在巴黎举行的 IAC-2022 宇航大会上的 Santini 演讲。第一部分致力于空间桁架的主动阻尼，重点是稳健性。通过使用分散的同位执行器-传感器对来实现保证的稳定性。所谓的积分力反馈 (IFF) 简单、稳健且有效，并且可以使用基于模态分析的简单公式轻松预测性能。这些预测已通过大量实验证实。桁架的阻尼策略已扩展到电缆结构，并已通过实验证实。第二部分解决了隔振问题：将敏感有效载荷与航天器引起的振动隔离开来（即姿态控制反作用轮和陀螺仪的不平衡质量）。讨论了基于 Gough-Stewart 平台的六轴隔离器；再次强调，该方法强调了稳健性。提出了两种不同的解决方案：第一种（主动隔离）使用分散控制器，该控制器具有并置的执行器和力传感器对，并具有 IFF 控制。结果表明，这种特殊的天棚实现方式与传统天棚不同，即使它连接的两个子结构是柔性的（大型空间结构的典型特征），也能保证稳定性。第二种方法（被动）讨论了松弛隔离器的电磁实现方式，其中线性阻尼器的经典阻尼器被麦克斯韦单元取代，导致渐近衰减率为 -40 dB/十倍，类似于天棚（尽管在电子方面要简单得多）。讲座的第三部分总结了最近在柔性镜控制方面所做的研究：（i）由压电陶瓷（PZT）致动器阵列控制的自适应光学（AO）平面镜和（ii）由压电聚合物致动器（PVDF-TrFE）阵列控制的球形薄壳聚合物反射镜，旨在部署在太空中。