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

1、針對(duì)空間可展開(kāi)天線多種因素對(duì)展開(kāi)過(guò)程的平穩(wěn)、準(zhǔn)確性影響，本文進(jìn)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(dòng)力學(xué)的角度出發(fā)，推導(dǎo)了單元的動(dòng)能、勢(shì)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(dá)式，基于拉格朗日第二方程建立了可展開(kāi)天線系統(tǒng)的展開(kāi)過(guò)程動(dòng)力學(xué)模型。進(jìn)行了動(dòng)力響應(yīng)分析，給出了可展開(kāi)天線在展開(kāi)過(guò)程中的響應(yīng)曲線，通過(guò)與多剛體動(dòng)力學(xué)模型的仿真試驗(yàn)對(duì)比，明確了天線展開(kāi)過(guò)程中的動(dòng)

2、力學(xué)特性及非線性因素對(duì)展開(kāi)過(guò)程的影響機(jī)理，為展開(kāi)過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　2.利用Bezier曲線合成驅(qū)動(dòng)索的輸入軌跡，通過(guò)天線運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系式，導(dǎo)出了天線展開(kāi)過(guò)程的運(yùn)動(dòng)輸出軌跡。研究了通過(guò)改變Bezier曲線控制點(diǎn)位置得到不同展開(kāi)軌跡的可行性，繼而通過(guò)設(shè)置合理的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，得到天線最優(yōu)展開(kāi)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(kāi)過(guò)程中間勻速段不等式的約束條件，通過(guò)數(shù)值仿真，得知展開(kāi)過(guò)程保持

3、中間勻速運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致天線所受沖擊過(guò)大，而展開(kāi)過(guò)程應(yīng)是一個(gè)無(wú)中間勻速狀態(tài)的先加速后減速過(guò)程，對(duì)工程實(shí)際有一定指導(dǎo)意義。
　　3.針對(duì)柔性因素帶來(lái)的展開(kāi)過(guò)程振動(dòng)問(wèn)題，提出了一種基于濾波的解耦控制方法。首先，將機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為多個(gè)瞬時(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，通過(guò)考察瞬時(shí)結(jié)構(gòu)基頻隨展開(kāi)角度的變化規(guī)律，確定了“機(jī)構(gòu)基頻”關(guān)鍵位置選取的準(zhǔn)則。其次，應(yīng)用低通濾波器將天線運(yùn)動(dòng)反饋分解為純剛體運(yùn)動(dòng)和柔性振動(dòng)兩部分。然后，研究了濾波器截止頻率的確定準(zhǔn)則，針對(duì)不同反饋信

4、號(hào)的剛、柔控制器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以及兩組控制器參數(shù)之間的耦合關(guān)系及選取準(zhǔn)則。
　　4.探索了天線結(jié)構(gòu)與展開(kāi)軌跡、天線結(jié)構(gòu)與控制器設(shè)計(jì)、展開(kāi)軌跡與控制器設(shè)計(jì)之間的相互關(guān)系，提出了可展開(kāi)天線結(jié)構(gòu)、展開(kāi)軌跡及控制系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)模型。以天線桿件橫截面積、Bezier曲線控制點(diǎn)參數(shù)及控制器增益參數(shù)同時(shí)作為設(shè)計(jì)變量，以減小天線質(zhì)量、天線在展開(kāi)過(guò)程中所受沖擊和展開(kāi)過(guò)程誤差累積為目標(biāo)函數(shù)，在滿足固有頻率、強(qiáng)度、控制系統(tǒng)‘穩(wěn)準(zhǔn)快’等約束條件下，得到最優(yōu)