大型天线伺服系统建模与抗风扰控制

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1、大型天线伺服系统建模与抗风扰控制作者姓名宋瑞雪导师姓名、职称黄进教授一级学科机械工程二级学科机械电子工程申请学位类别工学硕士提交学位论文日期2014年12月学校代码10701学号1204121941分类号TN82密级公开西安电子科技大学硕士学位论文大型天线伺服系统建模与抗风扰控制作者姓名：宋瑞雪一级学科：机械工程二级学科：机械电子工程学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：黄进教授提交日期：2014年12月LargeAntennaServoSystemModelingandWindDisturbanceRejectionControlAthesissubmittedto

2、XIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinMechanicalEngineeringBySongruixueSupervisor:Prof.HuangjinDecember2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学

3、或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。本人签名：导师签

4、名：日期：日期：摘要摘要大型天线增益高、波束窄，在天文观测、航天测控等领域具有重要的作用。为了提高其分辨率，要求工作频率不断提升，从而对指向精度提出了越来越高的要求。由于迎风面积大、固有频率低，随机风扰对露天工作大型天线的指向精度有着显著的影响，已成为制约大型天线性能提高的重要因素之一。本文针对风扰引起大型天线柔性变形从而导致指向误差增大的问题，研究了抗风扰控制策略与方法。首先，分析了天线结构变形引起的指向误差，建立了天线的柔体动力学模型并进行模型缩聚，解决了面向指向控制的大型天线建模问题。其次，应用上述模型设计了LQG(Linear-Quadratic-Gaussi

5、an)抗风扰控制器，并以7.3m实验天线为例分析了其抗风扰性能和动态性能。最后，针对天线模型参数的不确定性问题设计了基于干扰观测器的自适应滑模控制器，并对转动惯量、阻尼不确定的天线跟踪性能进行仿真验证。结果表明，与PID控制相比，基于LQG控制的天线伺服控制系统，抗风扰性能可大幅提高；基于干扰观测器的滑模控制器，在保证天线伺服系统抗风扰性能的同时，具有良好的自适应控制能力和鲁棒性。关键词：大型天线，风扰，指向控制，模态缩聚，LQG控制器论文类型：应用基础研究类I西安电子科技大学硕士学位论文IIABSTRACTABSTRACTThelargeantennawithahi

6、ghgainandanarrowbeamplaysanimportantroleinfieldssuchasastronomicalobservation,aerospacemeasurementandcontrol.Thefrequencyincreasedcontinuallyinordertoimprovetheantenna’sresolution,andthusahigherpointingprecisionisrequired.Forthelargewindwardareaandlownaturalfrequency,thepointingaccuracy

7、ofthelargeantennasoperatingintheopenaircouldbegravelyinfluencedbythewindgustdisturbances,whichbecomesoneofthecrucialfactorstolimittheimprovementofthelargeantennaperformance.Thewindinterferencecontrolstrategyandmethodarepresented,fordecreasingthepointingdeviation,causedbytheflex