某型卫星天线的动力学建模与控制方法研究

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近几十年来,可展开天线被广泛运用于军事、气象、航空航天和信息通讯等领域。在空间领域,已有的可展开天线被大量运用,是空间可展开结构中最活跃的一个分支。伴随着科学技术的不断进步,大口径、轻质量、高精度的可展开天线逐渐成为天线发展的主流趋势。空间大型可展开天线是典型的大型空间柔性结构,具有尺寸大、质量轻的特点。其运动过程中大范围刚体运动与弹性小变形运动的耦合会给分析和设计工作带来极大的困难。天线的展开过程是一个时变非线性过程,ABAQUS软件在非线性计算方面具有极好的优势。  本文对天线展开过程轨迹控制的一系列问题进行了研究,其主要研究工作如下:  一、建立了某型卫星天线的整体有限元模型,在建模过程中,忽略了诸如打孔,连接结构等次要因素,简化了模型,并研究了柔体模型的弹性变形和几何非线性;  二、研究了完全刚体模型和完全柔体模型的天线展开过程,对以下三个方面进行对比:1)天线肋远端的位移变化对比;2)基座的位移变化对比;3)基座对卫星本体产生的作用力和作用力矩的对比。仿真结果表明了空间可展开天线模型的弹性变形对展开过程的影响;  三、研究了展开状态下天线几何非线性的影响,用直接积分法和模态叠加法对天线进行动响应分析,并对天线上同一点的位移响应进行对比,结果表明了天线的几何非线性对位移响应的影响;  四、以神经网络辨识原理为基础,得到了天线肋转动过程的神经网络系统辨识模型,之后以该辨识模型为基础设计了单神经元PID智能控制器和神经网络PID控制器,并将其应用到天线肋转动过程中的轨迹跟踪控制。
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