柔性空間可展開天線的結(jié)構(gòu)與控制集成設(shè)計.pdf

1、針對空間可展開天線多種因素對展開過程的平穩(wěn)、準確性影響，本文進行了系統(tǒng)而深入的研究。主要工作如下:
　　1.應(yīng)用瑞利-里茲法于柔性構(gòu)件建模，并從柔性多體系統(tǒng)動力學(xué)的角度出發(fā)，推導(dǎo)了單元的動能、勢能、應(yīng)變能以及相應(yīng)的一致質(zhì)量陣、剛度陣和阻尼陣的表達式，基于拉格朗日第二方程建立了可展開天線系統(tǒng)的展開過程動力學(xué)模型。進行了動力響應(yīng)分析，給出了可展開天線在展開過程中的響應(yīng)曲線，通過與多剛體動力學(xué)模型的仿真試驗對比，明確了天線展開過程中的動

2、力學(xué)特性及非線性因素對展開過程的影響機理，為展開過程控制系統(tǒng)設(shè)計提供了依據(jù)。
　　2.利用Bezier曲線合成驅(qū)動索的輸入軌跡，通過天線運動學(xué)關(guān)系式，導(dǎo)出了天線展開過程的運動輸出軌跡。研究了通過改變Bezier曲線控制點位置得到不同展開軌跡的可行性，繼而通過設(shè)置合理的目標函數(shù)和約束條件，得到天線最優(yōu)展開軌跡，既可保證天線角加速度的連續(xù)性，又可降低其峰值。最后，研究了展開過程中間勻速段不等式的約束條件，通過數(shù)值仿真，得知展開過程保持

3、中間勻速運動會導(dǎo)致天線所受沖擊過大，而展開過程應(yīng)是一個無中間勻速狀態(tài)的先加速后減速過程，對工程實際有一定指導(dǎo)意義。
　　3.針對柔性因素帶來的展開過程振動問題，提出了一種基于濾波的解耦控制方法。首先，將機構(gòu)轉(zhuǎn)化為多個瞬時結(jié)構(gòu)進行研究，通過考察瞬時結(jié)構(gòu)基頻隨展開角度的變化規(guī)律，確定了“機構(gòu)基頻”關(guān)鍵位置選取的準則。其次，應(yīng)用低通濾波器將天線運動反饋分解為純剛體運動和柔性振動兩部分。然后，研究了濾波器截止頻率的確定準則，針對不同反饋信

4、號的剛、柔控制器的設(shè)計準則，以及兩組控制器參數(shù)之間的耦合關(guān)系及選取準則。
　　4.探索了天線結(jié)構(gòu)與展開軌跡、天線結(jié)構(gòu)與控制器設(shè)計、展開軌跡與控制器設(shè)計之間的相互關(guān)系，提出了可展開天線結(jié)構(gòu)、展開軌跡及控制系統(tǒng)的集成設(shè)計模型。以天線桿件橫截面積、Bezier曲線控制點參數(shù)及控制器增益參數(shù)同時作為設(shè)計變量，以減小天線質(zhì)量、天線在展開過程中所受沖擊和展開過程誤差累積為目標函數(shù)，在滿足固有頻率、強度、控制系統(tǒng)‘穩(wěn)準快’等約束條件下，得到最優(yōu)