宇宙構造物の位置決めと曲げ・ねじり振動の制御

空间结构的定位以及弯曲和扭转振动的控制

基本信息

批准号：
01550211
负责人：
吉田和夫
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1989
资助国家：
日本
起止时间：
1989 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

大規模宇宙構造物に代表される柔軟構造物の制御問題は重要な研究課題となっており、2次元構造物では曲げ振動のみならずねじり振動をも考慮した制御系の開発が望まれている。そこで本研究では、2次元柔軟構造物として回転平板を取り上げ、その位置決めおよび曲げ・ねじり振動制御問題を実験的に考察した。本研究で考案した制御機構は、平板の一端が回転軸に固定され、DCモ-タによって張線すなわちテンドンを通して駆動されるモ-メントスティックがそれぞれ平板の上下に取付けられ、これによって位置決めおよび曲げ・ねじり振動が制御されるテンドン機構である。これらの回転平板および制御機構をテンドンの弾性を考慮した上でモデル化し、弾性2次モ-ドまでの振動成分を考慮した状態フィ-ドバック制御系を最適制御理論によって設計した。なお、評価関数としては目標位置からの二乗誤差の平板全体にわたって積分した量、モ-タの電流、操作電圧の重み付き二乗和を採用し、スピルオ-バ不安定はロ-パスフィルタによって抑制した。このモデルに対応する実験模型を制作し、制御実験および計算機シミュレ-ションを行った。実験においては長さ1m、幅40cm、厚み1mmの平板を用い、70°回転させる位置決め制御と初期ねじり角度を与えた過渡応答制御を行った。計算機シミュレ-ションにおいては、テンドンの張力がなくなる場合の非線形性が考慮されていないが、その結果は実験のそれとほぼ一致した。以上の制御実験とシミュレ-ションの結果、制御系のモデリングの妥当性が示され、テンドン制御機構を2組用いる構造が特にねじり振動の制御に有効であることが明らかにされ、位置決め制御としても良好な制御性能を示された。

大型空间结构等柔性结构的控制问题已成为重要的研究课题，而对于二维结构，需要开发一种既考虑弯曲振动又考虑扭转振动的控制系统。。因此，在本研究中，我们采用旋转平板作为二维柔性结构，并通过实验考虑其定位和弯扭振动控制问题。在本研究设计的控制机构中，平板的一端固定在旋转轴上，并且由直流电机通过张力线或腱驱动的力矩杆连接在平板的顶部和底部，允许定位和弯曲 - 控制扭转振动的腱机构。这些旋转板和控制机构的建模考虑了腱的弹性，并使用最优控制理论设计了状态反馈控制系统，考虑了二阶弹性模态的振动分量。使用的评估函数是在整个板上积分的目标位置的平方误差的加权平方和、电机电流和工作电压，并且通过低通滤波器抑制溢出不稳定。我们创建了与该模型相对应的实验模型，并进行了控制实验和计算机模拟。实验中，使用长1m、宽40cm、厚1mm的平板，通过旋转70度进行定位控制，并通过赋予初始扭转角度进行瞬态响应控制。尽管计算机模拟没有考虑去除肌腱张力时的非线性，但结果与实验结果几乎一致。上述控制实验和仿真的结果证明了控制系统建模的有效性，并且表明使用两组腱控制机构的结构对于控制扭转振动特别有效，并且对于定位控制也非常有效。显示了控制性能。