关节摩擦和柔性对星载天线动态影响的分析

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1、国内图书分类号：V412.3学校代码：10213国际图书分类号：520密级：公开硕士学位论文关节摩擦和柔性对星载天线动态影响分析硕士研究生：刘同亮导师：马文来副教授申请学位：工学硕士学科：人机环境工程所在单位：航天学院答辩日期：2010年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V421.3U.D.C.:520DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDYNAMICEFFECTSANALYSISOFATELLITE-CARRIEDA

2、NTENNACONSIDERINGNONLINEARFRICITONANDFLEXIBLEINJOINTSCandidate:LiuTongliangSupervisor:Prof.MaWenlaiAssociateDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ErgonomicsandEnvironmentAffiliation:Dept.ofAstronauticEngineeringDateofDefence:July,2010Degree-Co

3、nferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要星载点波束天线可以对全球范围内的固定点进行定位、对运动物体进行跟踪，从而实现对多个固定和运动物体间进行大容量不间断的通信，要求星载点波束天线具有很高的指向和跟踪精度。星载天线系统是以卫星基体和卫星天线通过回转关节相连而组成的多体系统，回转关节是卫星完成定位及跟踪的执行机构，同时也是卫星天线的承载机构，该机构存在动态非线性因素，引起卫星本体及天线指向的扰动，严重影响星载天

4、线的动态特性。因此，本文针对回转关节对卫星天线动态特性的影响进行了深入研究。首先，为了更好地研究和分析卫星天线的动态特性，将卫星和天线视成理想刚体，基于星载天线系统的拓扑结构，推导了其系统的运动学关系，进一步利用拉格朗日方程推导卫星多体动力学方程，为下一步星载天线的指向动态分析和补偿提供理论基础。其次，在分析星载天线动态特性时考虑卫星回转关节间的非线性摩擦。回转关节是由谐波减器与回转副组成的回转关节，谐波减速器与回转副间存在摩擦，选择准确合理的摩擦模型嵌入卫星多体动力学方程，得到考虑关节非线性摩擦

5、的整个多体动力学方程。用MATLAB编写考虑关节摩擦的多体动力学程序，通过与大型商业软件仿真比较分析，验证了程序的正确性。进一步利用已编制程序对星载天线系统仿真分析，得出关节间的摩擦对卫星天线动态特性有着严重影响。运用基于LuGre摩擦模型补偿方法，对关节间的非线性摩擦进行补偿，有效的提高了天线的动态特性进而提高了指向精度，通过仿真验证了补偿方法的合理性。由于柔性关节动态误差的非线性使得星载天线对动态特性和卫星姿态变得非常复杂，推导了柔性关节动态误差非线性动力学模型，分析了柔性关节动态误差对星载天

6、线的扰动影响，运用星载天线指向定位的PD控制器补偿方法。结果表明：在相同的阻尼和刚度下，当关节存在动态误差时，即使幅值很小，但作为激励将产生不可预知的振动响应，产生强烈的力矩和速度波动；通过合理控制器参数，可以完全补偿柔性关节的动态误差。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。关键词：星载天线；多体动力学；回转关节；非线性摩擦I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThesatellite-carriedantennawithwavebeamcanbefixed

7、ontheglobalpointpositioning,trackingmovingobjectsinordertoachieveanumberbetweenfixedandmovingobjectsincontinuouslarge-capacitycommunication,whichrequiresboardhasaspotbeamantennaHighprecisionpointingandtracking.Satelliteisasatellitebaseandsatelliteante

8、nnaformedthroughtherotaryjointconnectedtothemulti-bodysystem,rotaryjointsisasatellitepositioningandtrackingthecompletionoftheimplementingagency,butalsosatellitecarryingbody.Therefore,theerrorcausedtheorganizationofsatelliteantennapointingaccur