弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析及振動控制研究.pdf

1、近年來，通信、空間科學(xué)、對地觀測特別是軍事偵察技術(shù)的高速發(fā)展，對星載天線結(jié)構(gòu)的尺寸和性能要求越來越高，從美國已經(jīng)成功研發(fā)的五代電子偵察衛(wèi)星主天線來看,星載天線的口徑從最初的9米發(fā)展到了目前的150米。由于太陽風(fēng)、宇宙碎片及發(fā)動機(jī)等外來因素會給天線結(jié)構(gòu)帶來沖擊，因此，為提高星載天線的精度、使用壽命，對其進(jìn)行動力學(xué)研究及振動控制十分必要。
　　星載天線普遍屬于弱耦合循環(huán)周期結(jié)構(gòu)，其動力學(xué)特性非常復(fù)雜，且隨著口徑的增大，天線結(jié)構(gòu)的振動特

2、性及振動主動控制的研究就更加成為一個難題。在眾多難題中，考慮失諧的弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)的動力學(xué)特性及振動控制研究最為困難（失諧即生產(chǎn)及安裝等過程中導(dǎo)致的天線各子結(jié)構(gòu)存在的微小差異）。已有研究表明，微小失諧會對弱耦合周期結(jié)構(gòu)的動力學(xué)特性產(chǎn)生較大的影響，使結(jié)構(gòu)振動特性變得更為復(fù)雜，即出現(xiàn)振動模態(tài)局部化現(xiàn)象。這一現(xiàn)象已經(jīng)由美國學(xué)者，與一直徑為5.75米的天線的振動試驗(yàn)中得到驗(yàn)證，同時發(fā)現(xiàn)：尺寸愈大，這種現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率及嚴(yán)重程度愈大。
　　

3、振動模態(tài)局部化對弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響主要有以下幾方面：1)對弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)的使用壽命、精度等帶來嚴(yán)重影響；2)使相關(guān)的振動控制系統(tǒng)失效；3)影響傳感器的測量，導(dǎo)致測不到期望值；4)在外激勵下，使結(jié)構(gòu)某些部件的響應(yīng)幅值過大，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)相應(yīng)部件的疲勞破壞，進(jìn)而引起整個系統(tǒng)的破壞。因而對其進(jìn)行動力學(xué)分析及振動控制時必須考慮失諧的影響，這對保證天線結(jié)構(gòu)的正常工作、發(fā)展空間通信、觀測及軍事偵察等方面都具有重要的意義。
　　本

4、文在充分考慮結(jié)構(gòu)失諧——這一嚴(yán)重影響弱耦合周期結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性因素的前提下，以弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)為研究對象，對其復(fù)雜的動力學(xué)特性及振動主動控制問題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　對失諧弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論建模和有限元建模，研究了天線結(jié)構(gòu)失諧前后的振動特性，結(jié)果表明弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)的動力學(xué)特性對失諧極為敏感，微小失諧會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)振動明顯的局部化；采用傳遞矩陣法，對循環(huán)周期結(jié)構(gòu)振動的Lyapunov指數(shù)進(jìn)行了分析

5、，解釋了振動模態(tài)局部化現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理。
　　基于失諧星載天線結(jié)構(gòu)理論模型，研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)失諧對循環(huán)周期結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性的影響，分析并得到了結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對弱耦合結(jié)構(gòu)振動模態(tài)的影響規(guī)律；對各結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化及失諧情況的振動局部化因子進(jìn)行了分析，得到了天線質(zhì)量、肋剛度和肋間夾角的失諧對天線結(jié)構(gòu)振動特性的影響與變化規(guī)律，以及天線膜剛度值的大小對天線結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性的影響規(guī)律，從振動的傳播方面解釋了振動模態(tài)局部化產(chǎn)生及變化的原因。
　　在充

6、分考慮結(jié)構(gòu)失諧的前提下，針對壓電智能弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)的有限元模型，研究了結(jié)構(gòu)振動的主動控制問題，發(fā)現(xiàn)失諧對結(jié)構(gòu)為弱耦合情況時的影響較大，對非弱耦合情況影響較小；分別采用多種控制算法，對失諧結(jié)構(gòu)的振動進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分析了在弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)存在失諧時的振動控制方面，各種控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)，得到了適合解決失諧天線結(jié)構(gòu)振動控制問題的方法。
　　針對弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)振動控制中的作動器位置優(yōu)化設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了研究。以系統(tǒng)能量為目標(biāo)，提出