空間可展開(kāi)柔性天線振動(dòng)分析及抑制.pdf

1、近年來(lái),隨著空間觀測(cè)、遙測(cè)、遙控、通信、試驗(yàn)等航天技術(shù)的快速發(fā)展,空間天線的重要性變得越來(lái)越重要。現(xiàn)代空間天線朝著結(jié)構(gòu)大型化、質(zhì)量輕型化、剛度柔性化的方向發(fā)展。但是航天飛機(jī)或運(yùn)載火箭等空間運(yùn)載工具內(nèi)部的有效載荷空間是有限的,大型化的空間天線在隨運(yùn)載工具升空的過(guò)程中,空間天線均被設(shè)計(jì)成為可折疊的形式,存放在載荷艙內(nèi),因此現(xiàn)代空間天線均具有可折疊和展開(kāi)的這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
　　空間天線被發(fā)射運(yùn)送到達(dá)預(yù)定軌道后,在進(jìn)行正常的工作之前要從折疊

2、的形態(tài)展開(kāi)至工作狀態(tài)?？烧归_(kāi)空間天線在展開(kāi)的過(guò)程中,一個(gè)不可忽視的問(wèn)題就是由于空間天線結(jié)構(gòu)的高柔性,本體會(huì)發(fā)生彈性變形,進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。由于天線本體彈性變形的產(chǎn)生,空間可展開(kāi)天線在展開(kāi)過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)特性變得特別復(fù)雜。天線的展開(kāi)運(yùn)動(dòng)和本體柔性變形會(huì)同時(shí)發(fā)生,相互耦合,這種耦合運(yùn)動(dòng)可能引發(fā)空間天線系統(tǒng)的失穩(wěn),導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。因此,研究空間可展開(kāi)柔性天線的展開(kāi)運(yùn)動(dòng)過(guò)程必需要處理好天線本體振動(dòng)的分析及抑制,使其能夠平穩(wěn)順利的展開(kāi)。

3、r>　　本文首先介紹了至今為止國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研發(fā)設(shè)計(jì)出的空間可展開(kāi)柔性天線的多種結(jié)構(gòu)形式,選取周邊桁架式可展開(kāi)柔性天線,以其為例,闡述其結(jié)構(gòu)機(jī)理和對(duì)其展開(kāi)運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上,將空間可展開(kāi)天線簡(jiǎn)化為柔性天線梁模型,并建立了柔性天線梁系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程。然后,將變結(jié)構(gòu)控制的設(shè)計(jì)思想作為創(chuàng)新點(diǎn),在以階躍信號(hào)為參考輸入的情況下,依次設(shè)計(jì)出積分型PID控制器、比例滑?？刂破?、指數(shù)趨近律滑?？刂破鳌⒛：？刂破?。分別使用各控制器對(duì)所建

4、立的空間柔性天線系統(tǒng)進(jìn)行軌跡跟蹤和本體振動(dòng)抑制。進(jìn)行系統(tǒng)展開(kāi)運(yùn)動(dòng)仿真分析,根據(jù)仿真結(jié)果、比較各控制器的軌跡跟蹤情況和天線本體振動(dòng)抑制效果,其中控制效果最好的模糊滑?？刂破鞑坏茉谳^短的時(shí)間內(nèi)完成系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng),并消除天線本體產(chǎn)生的振動(dòng),而且模糊滑?？刂破骺梢院芎玫南到y(tǒng)輸出產(chǎn)生的抖振。最后,考慮到數(shù)學(xué)模型的不精確性,在增加系統(tǒng)干擾輸入的情況下,進(jìn)一步采用模糊滑?？刂破鲗?duì)柔性天線梁系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)抑制仿真,仿真結(jié)果證實(shí)模糊滑模控制器的良好控