柔性空間可展開天線的結構與控制集成設計.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.應用瑞利-里茲法于柔性構件建模，并從柔性多體系統(tǒng)動力學的角度出發(fā)，推導了單元的動能、勢能、應變能以及相應的一致質量陣、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)的展開過程動力學模型。進行了動力響應分析，給出了可展開天線在展開過程中的響應曲線，通過與多剛體動力學模型的仿真試驗對比，明確了天線展開過程中的動

2、力學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)設計提供了依據。
　　2.利用Bezier曲線合成驅動索的輸入軌跡，通過天線運動學關系式，導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，繼而通過設置合理的目標函數和約束條件，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，通過數值仿真，得知展開過程保持

3、中間勻速運動會導致天線所受沖擊過大，而展開過程應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，將機構轉化為多個瞬時結構進行研究，通過考察瞬時結構基頻隨展開角度的變化規(guī)律，確定了“機構基頻”關鍵位置選取的準則。其次，應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、柔控制器的設計準則，以及兩組控制器參數之間的耦合關系及選取準則。
　　4.探索了天線結構與展開軌跡、天線結構與控制器設計、展開軌跡與控制器設計之間的相互關系，提出了可展開天線結構、展開軌跡及控制系統(tǒng)的集成設計模型。以天線桿件橫截面積、Bezier曲線控制點參數及控制器增益參數同時作為設計變量，以減小天線質量、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，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)