随着科学技术的发展,轻质和柔性构件在工程结构中大量使用,构成当今所谓的柔性结构系统。柔性附件的引入为柔性结构的动力学建模与主动控制带来了很大困难。为了准确描述结构的动力学行为,必须在动力学模型中充分考虑其柔性特征,使得所建立的动力学模型的自由度数目通常很大,而控制的设计和实现则要求系统模型的阶数应当尽可能地低。这就要求对模型进行降阶处理,采用低阶模型近似代替原高阶受控对象,而且降阶后的模型既要能真实地反映出系统的动力学特性,阶数也要足够低,以便进行控制设计和实现。另外从动力学仿真的角度看,为提高仿真的计算效率,系统模型的阶数也不应太高。因为柔性结构系统在航空航天、机器人等许多高科技工程领域有着强烈的应用背景,因此开展柔性结构模型降阶与主动控制的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。模型降阶一般可以从两方面予以考虑:一方面是从建模的角度进行降阶,即根据经典的假设模态法,选择具有良好正交性的模态集,截取少数低阶模态以构成系统模型。另一方面是选择合适的降阶准则进行降阶,即根据系统价值函数的大小,确定出那些对系统特性贡献较大的少数主要模态,并以这些模态组成系统模型,以达到模型降阶的目的,如惯性完备性准则、模态价值分析准则、内平衡准则等。本文在国家自然科学基金(编号:10772112,10472065)、教育部重点项目(编号:107043)、教育部博士点基金(编号:20070248032)和上海市教委科研重点项目(编号:09ZZ17)的资助下,以多种航天柔性结构为对象,开展柔性结构系统的模型降阶与主动控制研究,主要研究内容和成果总结如下:(1)在大量阅读文献的基础上,较为全面地综述了结构模型降阶与主动控制的研究进展。(2)研究了柔性板的模型降阶与主动控制问题,并且进行了实验验证。研究中,柔性板分别考虑了密频板和非密频板,系统模型的建立分别采用了假设模态方法和有限元方法,降阶方法分别采用了模态价值分析准则和内平衡准则,控制方法采用了最优控制方法,作动器采用了压电片形式。研究结果显示,对于非密频结构,模态价值分析准则和内平衡准则都能够有效地对结构模型进行降阶;当结构存在密频时,内平衡准则的降阶效果更为有效和可靠。(3)研究了柔性桁架结构系统的模型降阶与主动控制问题。研究中,桁架结构采用模态综合法进行建模,降阶方法采用了模态价值分析准则和内平衡准则,控制方法采用最优控制方法,作动器采用压电杆形式。压电杆作动器的优化配置准则采用可控Grarm矩阵方法,优化算法采用粒子群方法。通过数值仿真验证了理论内容的有效性。(4)研究了柔性航天器的模型降阶问题。研究中,给出了系统模型的建立方法,分别采用了模态价值分析准则和内平衡准则进行模型降阶,并且通过数值仿真验证了文中所给降阶方法的有效性。(5)研究了火箭结构的模型降阶问题。研究中在相关文献的启发下,提出了先局部后整体的两步降阶思路:先采用模态综合法对结构模型进行建模和基于部件的降阶,然后采用模态价值分析准则和内平衡准则对模态综合法所建立的局部降阶模型结合控制目标进行整体降阶。仿真结果验证了理论分析方法的有效性。柔性结构系统动力学与控制的研究一直是国内外的前沿研究课题,目前在许多方面还需要进行进一步的深入研究与探讨,因此在论文的最后,对本文的研究工作和成果进行了全面总结,对未来的研究问题进行了展望。