本项目以太阳能帆板、航天器、捆绑式运载火箭为对象，开展柔性结构系统的模型降阶与主动控制的研究，内容包括：（1）内平衡降阶方法的深入探讨，研究内平衡模态空间与物理空间之间的转换关系，为内平衡方法的工程应用奠定理论基础；（2）模型降阶的一体化降阶技术，研究一种先局部、后整体的模型降阶技术，其中局部降阶采用模态综合法，整体降阶采用模态价值分析方法或内平衡降阶方法；（3）基于输入和输出的模型降阶技术，研究一种基于输入和输出的柔性结构的OKID时域建模方法，所建低维模型可直接用于主动控制设计；（4）主动控制设计，研究基于降阶模型的鲁棒控制设计方法；（4）实验验证，对以上理论研究内容进行实验验证。因为柔性结构系统在航空航天、机器人等许多高科技领域有着重要的工程应用背景，因此本项目的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

原定研究内容： 本项目以太阳能帆板、航天器、捆绑式运载火箭为对象，开展柔性结构系统的模型降阶与主动控制的研究，内容包括：（1）内平衡降阶方法的深入探讨，研究内平衡模态空间与物理空间之间的转换关系；（2）模型降阶的一体化降阶技术，研究一种先局部、后整体的模型降阶技术；（3）基于输入和输出的模型降阶技术，研究一种基于输入和输出的柔性结构的OKID时域建模方法，所建低维模型可直接用于主动控制设计；（4）主动控制设计，研究基于降阶模型的鲁棒控制设计方法；（5）实验验证，对以上理论研究内容进行实验验证。 完成情况： 本项目完成了预定的所有研究内容：（1）提出了一种从物理传感器测量信号中提取内平衡模态坐标的方法，并且进行了实验验证；（2）提出了一种柔性结构的一体化模型降阶技术，其中其中局部降阶采用模态综合法，整体降阶采用模态价值分析方法或内平衡降阶方法；（3）对基于系统输入和输出数据的系统挠性参数辨识和系统低维动力学建模进行了深入研究，并且进行了实验验证；（4）采用鲁棒控制等多种控制方法对基于降阶模型的柔性结构的主动控制进行了研究，并且进行了实验验证。 本项目研究共发表科技期刊文章28篇，其中英文文章13篇，SCI检索源文章11篇，EI检索源文章18篇；培养研究生7名，其中博士生1名和硕士生6名，并且全部毕业，而且1人的学位论文已经申报2013年度上海市优秀研究生学位论文，目前正在评审中。项目研究期间，参加了14个国内外学术会议，邀请了4位国外学者来华学术交流（美国加州大学、密西根大学、新墨西哥州立大学各1名，新西兰奥克兰大学1名）；本人个人入选2013年度上海市领军人才后备队计划。 2100433B

本课题开展了大型空间结构在轨装配的双臂空间机器人协调控制研究，取得了如下研究成果：（1）建立了柔性双臂空间机器人装配大型柔性结构过程中的变构型刚柔耦合动力学模型，并分析各种构型下系统的动力学耦合特性，得出空间机械臂、载荷及其基座之间刚性运动、柔性振动等关系；（2）提出了双臂空间机器人在轨操作大载荷过程中保持基座稳定的无奇异路径规划与控制方法；（3）建立了双臂传递大型挠性载荷过程中，机械臂末端与载荷的接触碰撞动力学模型，并提出利用双臂的协调运动最小化碰撞效应的路径规划与控制方法；（4）提出了双臂抓持挠性载荷形成闭链后双臂协调操作的轨迹规划与振动抑制方法；（5）建立了平面气浮台实验系统和空间半物理实验系统，对所提出的方法进行了实验验证。基于研究的成果，发表了学术论文34篇，其中SCI论文26篇、EI论文8篇；出版了学术专著1部；培养了博士后2名、博士研究生3名、硕士研究生3名。 2100433B

本课题面向我国空间站以及未来其他大型航天器系统在轨建造与维护的需求，开展大型空间结构在轨装配的多臂空间机器人协调控制研究，包括：(1)建立柔性多臂空间机器人装配大型柔性结构过程中的变构型刚柔耦合动力学模型，分析各种构型下系统的动力学耦合特性，得出空间机械臂、载荷及其基座之间刚性运动、柔性振动等的耦合关系；(2) 提出多臂空间机器人在轨操作大载荷过程中，保持基座稳定的无奇异路径规划与控制方法；(3) 建立多臂传递大型挠性载荷过程中，机械臂末端与载荷的接触碰撞动力学模型，并提出利用双臂的协调运动最小化碰撞效应的路径规划与控制方法；(4) 提出双臂抓持挠性载荷形成闭链后双臂协调操作的轨迹规划与振动抑制方法。. 课题的研究顺应了我国大力发展空间机器人在轨服务技术的大方向，研究成果对于未来大型航天系统在轨组装、维护、拆解等任务，具有重要的理论和实际意义。

针对空间铰接锁紧柔性帆板和空间柔性臂等柔性多体结构，在空间环境运行的特点：系统模型高阶且低阶振动模态频率低，阻尼弱。在调姿、变轨和温度变化易引起振动和颤振问题，将影响航天器的稳定性和指向精度。本项目采用动力学建模、数值计算和有限元分析方法等对空间柔性多体结构动力学特性分析；研究为低阶控制器设计的模型降阶和低阶模型匹配方法；研究智能结构传感器和驱动器优化配置方法，尤其是异位配置时闭环系统的稳定性和自适应时延补偿算法；研究振动和颤振的自适应控制方法及策略，进行稳定性理论分析、数学仿真。拟采用智能结构材料PZT、SMA、以及加速度传感器、视觉传感器和伺服电机等建立铰接锁紧板和柔性机械臂两套柔性多体试验装置，进行振动和颤振辨识、主动控制试验研究，验证所探索的理论方法和技术。本项目采用理论和试验相结合的研究方法，旨在为柔性多体结构控制工程实现和应用提供相应的理论基础和新的技术途径。