空间可展开天线控制策略控制方法.研究

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1、学位论文的主要创新点创新点一：根据交流伺服电机的工作特性，采用速度控制模式，建立了包含交流伺服电机驱动部分的完整的被控系统模型，使得试验验证更具可行性。创新点二：通过对比神经网络PID控制与传统PID控制的仿真结果，认为并非智能控制方法一定优于传统控制方法，因此，在实际控制中，不应过分追求“新”的控制器形式，而应根据实际情况采用合适的控制器形式。第一章绪论1．1引言绪论弟一早三百T匕当前，空间可展开天线已广泛应用于地球静止轨道通信卫星、跟踪与数据中继卫星、电子侦察卫星等多种卫星上，甚至还可以在空间攻防中作为微波武

2、器使用，因此各发达国家竞相发展该项技术。经过几十年的研究，发达国家在空间可展开天线技术方面已经取得了长足的进步，其中，美国1974年发射的ATS一6卫星，1978年发射的SEASAFA卫星，1981年发射的哥伦比亚号航天飞机及1984年发射的4卜G宇宙飞船等都成功地使用了可展开天线。在这个阶段，空间可展开天线技术日渐成熟，天线的建造规模也R益扩大。进入九十年代后，欧洲国家和R本相继在遥感卫星ERS—l和地球资源卫星一号上使用了可展开天线¨。31。而伴随着通信、空间科学、地球观测事业的迅猛发展，对于大型空间天线的性

3、能要求愈来愈高，应用需求愈加迫切，自然对天线的尺寸要求也越来越大。但由于受到航天运载工具运载空间和运载重量的限制，空间大型可展开天线在结构上都具有尺寸大、重量轻、柔性大的特点。空间可展开天线属于多柔体系统，通常表现为较复杂的空问机构。多体系统是指若干个体以一定的联接方式构成的系统，系统中的物体可以是刚体，也可以是柔体。若多体系统中各物体均为刚体，则称之为多刚体系统，若系统中至少有两个物体为柔体，则称之为多柔体系统。柔性多体系统动力学首先在航天器和高速机构领域受到重视。轻臂机器人、大尺寸太阳能帆板、航天器与卫星间的

4、绳索联接系统、卫星上的鞭状天线等就是具有柔性结构系统的一些典型例子。1958年美国发射的第一颗人造卫星“探险者一号”(EXPLORER-I)，由于在动力学建模时没有计及四根鞭状天线的弹性影响，导致卫星入轨后翻滚、失控；1982年美国“陆地卫星一4”(LANDSAT-Iv)的观测仪的旋转部分受到柔性太阳帆板驱动系统的干扰而产生微小扰动，从而降低了图象质量：“国际通讯卫星5号"(INTERSAT—V)柔性太阳帆板扭振频率与驱动系统发生谐振时，导致帆板停转和打滑。这一系列事件说明：象空间大型天线、太阳帆板这类大型的柔性

5、结构，必须考虑结构的弹性变形，这就给结构的设计、制造和使用带来了一系列新的问题。因此，关于空间大型W展丌天线的动力学建模、响应分析、振动控制、展丌过程控制、在轨形面调整等问题引起了国内外众多专家和学者广泛的研究兴趣H1。天津‘I：业人学硕十学位论文1．2对可展开天线的分析研究由于空问可展开天线类似于多柔体系统中的柔性机械臂，故可以将其作为柔性机械臂进行分析研究，其研究主要分为动力学建模和控制两个方面哺1。柔性机械臂是一个非常复杂的动力学系统，其动力学方程具有高度非线性、强耦合、时变等特点，而进行柔性机械臂动力学问

6、题的研究，其模型的建立是及其重要的。柔性机械臂不仅是一个刚一柔耦合的非线性系统，而且也是系统动力学特性与控制特性相互耦合即机电耦合的非线性系统。动力学建模的目的是为控制系统描述及控制器设计提供依据。一般控制系统的描述(包括时域的状态空间描述和频域的传递函数描述)与传感器／执行器的定位、从执行器到传感器的信息传递以及机械臂的动力学特性密切相关。1．2．1柔性机械臂的动力学建模柔性机械臂动力学建模目的是为了描述柔性机械臂动力学行为，尤其是确定柔性体所产生的变形和振动，以保证机械臂末端准确的位姿或在运动过程中准确的轨迹

7、，即模型化柔性机械臂的相对变形及动态过程，为控制系统描述及控制器设计提供理论基础哺1。柔性机械臂动力学方程的建立主要是利用La伊ange方程；glNewton．Euler方程这两个最具代表性的方程。另外比较常用的还有变分原理、虚位移原理以及Kane方程的方法。而柔性体变形的描述是柔性机械臂系统建模与控制的基础。柔性体变形描述主要有以下几种方法：1．)有限元法：解决复杂结构问题的一种数值解法。其实质就是把无限个自由度的连续体理想化为有限个自由度的单元集合体，使问题简化为适合于数值解法的结构型问题。其特点是采用弹性单

8、元、刚性结点、载荷向结点移置、刚度及阻尼特性由单元表征。采用有限元法所得动力学方程较为复杂，动态响应求解运算量也较大，其边界条件和几何物理特性可以直接描述；2)有限段法：适合于含有细长零件的系统。将细长件分为有限刚段，将柔性引入到系统的各接点中，即把柔性系统描述为多个刚体，以含有弹簧和阻尼器的接点栩联；3)模态综合法：通过求解自由振动的特征值即可得到动态模态。此方法也是以