5m口径空间大型可展开天线面板主动调整系统的建模与控制

摘要

星载天线在同步轨道运行将周期性地接受太阳和地球的热辐射作用，故5m口径可展开天线反射面板在太空中运行时，会发生热变形。但面板表面精度指标是其重要的性能指标之一，热变形引起的表面精度变化将影响天线工作性能。因此，为满足表面精度指标要求，需要对天线反射面板加入主动调整机构控制天线面板变形。故针对天线面板变形主动调整机构多输入多输出(Multiple Input and Multiple Output，MIMO)耦合问题，提出结构控制一体化设计方法。
　　(1)针对5m口径天线反射面板的结构要求，建立其有限元模型(Finite Element Model, FEM)。其中，反射面面板采用壳单元；背架及作动器支撑结构采用梁单元。在此基础上，对反射面板及其背架进行了部分改进以及热分析，分析结果证明这种改进方法有效的降低天线反射面初始热变形，降低了调整难度。
　　(2)研究基于哈密顿原理的天线反射面主动调整系统的建模。由于5m口径天线结构复杂，无法直接对模型设计控制算法，本文基于哈密顿原理，结合模态分析及函数拟合方法，建立其数学模型。并且为了提高建模精度，基于几种模态选择标准选取适用的天线模态，并进行模态分析及函数拟合，最终建立天线反射面调整模型。最终通过仿真验证这种建模方法的可行性及准确性。
　　(3)为降低反射面节点变形测量难度，选择部分节点代表近似代表整个面板变形情况，并提出两种计算反射面主动作用点调整量的计算方法，通过计算比较选取更为准确的调整量计算方法。
　　(4)依据已经计算出的天线反射面板的调整量，对该模型设计离散线性二次型调节（Linear Quadratic Regulator，LQR）控制器，用以控制作动器调整面板形状，最终通过有限元模型仿真验证该主动控制方法的可行性。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的目的与意义

1.2 国内外天线面板变形调整的发展与现状

1.3机电系统设计方法

1.4 本文主要工作

第二章 5m口径天线面板有限元模型的建立及分析

2.1 天线反射面结构参数

2.2 5m口径天线面板有限元建模

2.3天线面板模型热分析

2.4模态分析

2.5 小结

第三章 调整系统建模

3.1 基于模态分析动力模型的建立

3.2 动力模型模态数目的选取

3.3 模型仿真验证

3.4 小结

第四章 调整量计算

4.1 RMS计算方法

4.2 调整量计算方法

4.3两种计算方法比较

4.4 小结

第五章 控制算法设计及仿真验证

5.1 LQR控制方法

5.2控制算法验证仿真

5.3 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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