空間可展開柔性天線振動分析及抑制.pdf

1、近年來,隨著空間觀測、遙測、遙控、通信、試驗等航天技術(shù)的快速發(fā)展,空間天線的重要性變得越來越重要?，F(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。但是航天飛機或運載火箭等空間運載工具內(nèi)部的有效載荷空間是有限的,大型化的空間天線在隨運載工具升空的過程中,空間天線均被設(shè)計成為可折疊的形式,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的這種結(jié)構(gòu)特點。
　　空間天線被發(fā)射運送到達預(yù)定軌道后,在進行正常的工作之前要從折疊

2、的形態(tài)展開至工作狀態(tài)?？烧归_空間天線在展開的過程中,一個不可忽視的問題就是由于空間天線結(jié)構(gòu)的高柔性,本體會發(fā)生彈性變形,進而引起結(jié)構(gòu)的振動。由于天線本體彈性變形的產(chǎn)生,空間可展開天線在展開過程中的動力學(xué)特性變得特別復(fù)雜。天線的展開運動和本體柔性變形會同時發(fā)生,相互耦合,這種耦合運動可能引發(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,研究空間可展開柔性天線的展開運動過程必需要處理好天線本體振動的分析及抑制,使其能夠平穩(wěn)順利的展開。

3、r>　　本文首先介紹了至今為止國內(nèi)外已經(jīng)研發(fā)設(shè)計出的空間可展開柔性天線的多種結(jié)構(gòu)形式,選取周邊桁架式可展開柔性天線,以其為例,闡述其結(jié)構(gòu)機理和對其展開運動過程進行分析。在此基礎(chǔ)上,將空間可展開天線簡化為柔性天線梁模型,并建立了柔性天線梁系統(tǒng)的運動學(xué)和動力學(xué)方程。然后,將變結(jié)構(gòu)控制的設(shè)計思想作為創(chuàng)新點,在以階躍信號為參考輸入的情況下,依次設(shè)計出積分型PID控制器、比例滑?？刂破?、指數(shù)趨近律滑?？刂破?、模糊滑模控制器。分別使用各控制器對所建

4、立的空間柔性天線系統(tǒng)進行軌跡跟蹤和本體振動抑制。進行系統(tǒng)展開運動仿真分析,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抑制效果,其中控制效果最好的模糊滑模控制器不但能在較短的時間內(nèi)完成系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角運動,并消除天線本體產(chǎn)生的振動,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,進一步采用模糊滑?？刂破鲗θ嵝蕴炀€梁系統(tǒng)進行振動抑制仿真,仿真結(jié)果證實模糊滑?？刂破鞯牧己每?/p>