空间反射面天线高精度主动调节方法研究

摘要

空间反射面天线的形面精度直接影响到天线的工作性能，因此太空复杂热环境下天线反射面的高精度主动调节方法的研究就成为保证空间反射面天线工作性能的关键。本文针对一款5米口径气象卫星反射面天线，提出了三种在地球静止轨道温度环境下天线反射面热变形的高精度主动调节方法，解决了系统内部复杂耦合以及不确定性的控制问题，有效地将该空间反射面天线的精度保证在指标范围内，为后期空间反射面天线在轨热变形控制提供技术支持。
　　首先，本文对5米空间反射面天线主动调整系统的结构组成进行了简要的介绍，针对这套复杂机电系统提出一种基于有限元模型的建模方法，在其有限元模型基础上使用假设模态法确立系统的数学特性，进而建立起5米空间反射面天线主动调整系统的控制模型。
　　其次，在所建立控制模型的基础上，提出了一种基于LQR的离散多变量解耦PI控制方法。该控制方法统一考虑耦合变量的解耦和控制问题，而且将PI控制律等效为状态反馈控制律，解决了传统PI控制参数难以确定的问题。通过仿真结果可以看到，该控制方法对5米空间天线反射面的热变形进行了有效地控制，但是在处理系统不确定性方面的能力略显不足。
　　随后，考虑5米空间反射面天线主动调整系统的控制模型与实物之间的差异，提出一种基于观测器的分散自适应解耦控制方法。该方法通过辅助状态将控制模型分解为多个回路的解耦子系统，每一个子系统将其他回路的耦合作用和系统的不确定性统一视为干扰项。针对每个子系统的未知干扰项，利用自适应控制原理进行在线估计，并将估计值反馈给控制律。进而，利用李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性定理分析了该控制方法的稳定条件，并通过仿真说明在系统不确定性影响下该控制方法对5米空间天线反射面的热变形问题依旧获得了良好的调整效果。
　　最后，为进一步摆脱对5米空间反射面天线主动调整系统精确控制模型的依赖，提出一种基于模糊网络观测器的自适应模糊解耦控制方法，在第四章分散控制的思想上，对每个子系统利用模糊系统实现干扰项观测器，进而对未知的干扰项进行估计，从而实现对每个子系统的高精度控制。此外，借助李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性定理在证明该控制方法稳定性的同时，给出了模糊系统规则后件参数的自适应律，使得模糊系统参数具有在线调节能力。仿真结果表明该控制方法在5米空间反射面天线热变形的主动调节方面取得了满意的效果。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 空间反射面天线主动控制方法概述

1.3 本文的主要工作及章节安排

第二章 5米空间天线反射面主动调整系统建模及分析

2.1 引言

2.2 5米空间反射面天线主动调整系统的建模

2.3 传统工程控制方法的仿真分析

2.4 本章小结

第三章 基于LQR的离散多变量解耦PI控制

3.1 引言

3.2 离散时间系统的LQR控制简介

3.3 基于LQR的离散多变量PI控制器设计

3.4 仿真分析

3.5 本章小结

第四章 基于观测器的分散自适应解耦控制

4.1 引言

4.2 5米空间反射面天线主动调整系统的解耦

4.3 基于观测器的分散自适应解耦控制方法

4.4 基于观测器的分散自适应解耦控制的稳定性分析

4.5 仿真分析

4.6 本章小结

第五章 基于模糊网络观测器的自适应模糊解耦控制

5.1 引言

5.2 模糊系统理论基础

5.3 基于模糊网络观测器的自适应模糊解耦控制方法

5.4 基于模糊网络观测器的自适应模糊解耦控制的稳定性分析

5.5 仿真分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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