周边桁架可展开天线展开过程运动分析及控制

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1、２００７年１２月西安电子科技大学学报（自然科学版）Ｄｅｃ．２００７第３４卷第６期犑犗犝犚犖犃犔犗犉犡犐犇犐犃犖犝犖犐犞犈犚犛犐犜犢Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．６周边桁架可展开天线展开过程运动分析及控制李团结，张琰，段宝岩（西安电子科技大学机电工程学院，陕西西安７１００７１）摘要：根据周边桁架式可展开空间天线的结构特点，先建立周边单元浮动坐标系，采用坐标变换方法，得出了周边单元间的运动变换关系，建立了该天线通用的展开过程运动分析模型，可分析展开过程中结构上任意点的位置、速度和加速度．为避免展开过程中冲击过大，对周边单元的展开速度进行规划．

2、根据驱动绳索的运动与单元展开运动之间的变换关系，将周边单元的运动规划转化为展开绳索的运动控制，对天线的展开实施位置控制．仿真实例表明该控制方法可使天线按照规划的展开角变化规律平稳展开．关键词：周边桁架；可展天线；展开过程；运动分析；位置控制中图分类号：Ｖ４１４；ＴＨ１１２文献标识码：Ａ文章编号：１００１２４００（２００７）０６０９１６０６犇犲狆犾狅狔犿犲狀狋犽犻狀犲犿犪狋犻犮犪狀犪犾狔狊犻狊犪狀犱犮狅狀狋狉狅犾狅犳犺狅狅狆狋狉狌狊狊犱犲狆犾狅狔犪犫犾犲犪狀狋犲狀狀犪犔犐犜狌犪狀犼犻犲，犣犎犃犖犌犢犪狀，犇犝犃犖犅犪狅

3、狔犪狀（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖ．，Ｘｉ′ａｎ７１００７１，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｈｏｏｐｔｒｕｓｓｄｅｐｌｏｙａｂｌｅｓｐａｃｅａｎｔｅｎｎａ，ｂｏｄｙｆｉｘｅｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓａｒｅａｔｔａｃｈｅｄａｔｔｈｅｈｏｏｐｍｏｄｕｌｅｓ，ａｎｄｔｈｅｍｏｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｈｏｏｐｍｏｄｕｌｅｓｉｓｄｅｒｉｖｅｄｕ

4、ｓｉｎｇｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｋｉｎｅｍａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｎｙｐｏｉｎｔｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｖｏｉｄｔｏｏｌａｒｇｅａｎｉｍｐａｃｔｉｎｔｈｅｄｅｐｌｏｙａｂｌｅｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｖｅｌ

5、ｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｈｏｏｐｍｏｄｕｌｅｉｓｐｌａｎｎｅｄ．Ｔｈｅｍｏｔｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｃａｂｌｅａｎｄｔｈｅｈｏｏｐｍｏｄｕｌｅｉｓｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｍｏｔｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇｏｆｔｈｅｈｏｏｐｍｏｄｕｌｅｉｓｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｉｎｔｏｔｈｅｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｃａｂｌｅ，ｗｈｉｃｈｃａｎｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｄｅｐｌｏｙｉｎｇｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅａｎｔｅｎｎａ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｓｈｏｗｔｈｅ

6、ｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｃａｎｍａｋｅｔｈｅａｎｔｅｎｎａｃａｌｍｌｙｄｅｐｌｏｙｆｏｌｌｏｗｉｎｇｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｅｄｄｅｐｌｏｙａｂｌｅｍｏｔｉｏｎ．犓犲狔犠狅狉犱狊：ｈｏｏｐｔｒｕｓｓ；ｄｅｐｌｏｙａｂｌｅａｎｔｅｎｎａ；ｄｅｐｌｏｙａｂｌｅｐｒｏｃｅｓｓ；ｋｉｎｅｍａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓ；ｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ在未来先进的卫星通信、无线广播系统、地球观测、陆地遥感、深空探测和深空通信等领域，大型可展开［１～３］天线是必不可少的关键设备之一．一些研究机构已经提出了许多可展结构设想和工程样机，例如石墨索［４

7、，５］网结构、辅助肋索网结构、桅杆式索网结构、构架式索网结构和可充气式薄膜结构．这些结构各具特点．［６］其中，由可展桁架、前索网、后索网、竖向张力索、金属反射网、驱动装置等组成的周边桁架式可展天线结构与其他天线结构形式相比，具有柔性大，空间热稳定性好，压缩比大的特点，应用空间比较大，且结构形式简单，在一定范围内口径的增大不会改变天线的结构形式，质量也不会成比例的增加，是目前大型可展开天线理想的结构形式．可展天线具有折叠和展开两种状态．在卫星发射过程中处于收拢状态，进入轨道后，在没有人工干预的情况下天线自动展开进入工作状态．展开

8、过程是可展天线最容易出现故障的环节之一．故障现象主要为两个收稿日期：２００７０１２５基金项目：国家部委预研项目资助（５１３２１０４０１０２）作者简介：李团结（１９７２），男，教授，博士．第６期李团结等：周边桁架可展开天线展开过程运动分析及控制９１７方面：一是在太空中天线