周边桁架可展开天线展开过程控制方法研究

摘要

随着人类对于空间技术研究的不断深入，可展开桁架天线结构以其质量轻、高伸缩比、展开口径大等特点，得到越来越多研究机构的关注，作为一种新型的可展开工程结构，其折叠展开自如的运动特性将展现出巨大的应用前景。然而由于天线自身结构以及运动展开方法的特点使得对其展开平稳性控制成为一个亟待解决的关键问题。
　　本文依据周边桁架可展开天线的结构特点，运用空间局部坐标与整体坐标的变化关系以及周边桁架单元运动的相关性，建立了周边桁架可展开天线展开过程运动分析模型，考虑到天线展开过程自身能量的变化，采用Lagrange刚体动力学建模方法，推导出周边桁架可展开天线的动力学控制模型。在此基础上，为了提高桁架天线展开过程的平稳性、准确性，安全性，结合天线非线性控制模型，提出了基于干扰观测器的自适应PID控制方法以及自适应滑模变结构控制方法，通过ADAMS建立起桁架天线的虚拟样机，利用MATLAB与ADAMS联合仿真技术对所设计的自适应控制器进行实验验证，结果表明，基于干扰观测器的自适应控制方法能够克服桁架天线展开过程中系统自身复杂性和外界环境不确定性，提高系统的鲁棒性。为周边桁架可展开天线展开过程的有效控制提供了一种可行性办法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 桁架式可展开天线研究现状

1．2．1 展开结构方面

1．2．2 天线展开过程分析方面

1．2．3 天线展开过程控制方面

1．2．4 天线展开过程实验方面

1．3 论文工作的目的和主要内容

第二章 周边桁架天线动力学分析

2．1 引言

2．2 周边桁架天线空间坐标描述

2．2．1 空间坐标变化

2．2．2 周边桁架天线结构坐标表示

2．3 周边桁架天线展开过程分析

2．3．1 展开过程位置分析

2．3．2 展开过程速度分析

2．3．3 展开过程加速度分析

2．4 周边桁架天线展开过程动力学建模

2．4．1 第二类拉格朗日方程

2．4．2 天线展开过程动力学分析

2．5 本章小结

第三章 周边桁架天线展开过程控制器设计

3．1 引言

3．2 PID控制器设计原理

3．2．1 PID基本理论

3．2．2 PID参数整定

3．3 变结构滑模控制器设计原理

3．3．1 李雅普诺夫稳定性理论

3．3．2 滑模变结构理论

3．4 观测器设计理论

3．5 系统控制器设计

3．5．1 系统状态方程表达

3．5．2 系统干扰观测器设计

3．5．3 系统PID控制器设计

3．5．4 系统滑模控制器设计

3．6 本章小结

第四章 周边桁架天线展开过程控制仿真

4．1 引言

4．2 ADAMS软件相关介绍

4．2．1 软件简介

4．2．2 ADAMS控制系统建立

4．3 周边桁架天线展开过程轨迹规划

4．4 控制模型的建立

4．5 基于干扰观测器的PID控制器仿真

4．6 基于干扰观测器的滑模控制器仿真

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 论文存在的不足与研究展望

致谢

参考文献