文档介绍：工学硕士学位论文

航天器柔性天线局部振动与主动控制问题
研究
RESEARCH ON LOCAL RESONANCE AND
ACTIVE CONTROL FOR FLEXIBLE ANTENNA OF
SPACECRAFT

李秀辉

哈尔滨工业大学

2009 年 6 月
国内图书分类号: O327; 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开

工学硕士学位论文
航天器柔性天线局部振动与主动控制
问题研究

硕士研究生:李秀辉
导师:王聪教授
申请学位:工学硕士
学科、专业:一般力学与力学基础
所在单位:飞行器动力学与控制研究所
答辩日期: 2009 年 6 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: O327;
.:

Dissertation for the Master Degree in Engineering

RESEARCH ON LOCAL RESONANCE AND
ACTIVE CONTROL FOR FLEXIBLE ANTENNA OF
SPACECRAFT

Candidate: Li Xiuhui
Supervisor: Prof. Wang Cong
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: General Mechanics and
Mechanics Foundations
Affiliation: Spacecraft Dynamics and Control
Institute
Date of Defence: June,2009
Degree-Conferring-institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学硕士学位论文

摘要
航天器天线结构是一种循环周期结构,其振动模态是沿周向均匀分布的,但由
于制造、材料以及使用中的不当等多种因素导致天线结构的振动模态只集中在天线
的少量子结构上,这种现象称为振动模态局部化。振动模态局部化会使天线接收数
据的能力大大降低,加速了结构的疲劳破坏,甚至影响结构寿命。所以,航天器柔
性天线振动局部化以及对其导致的结构振动进行有效的控制成为航天工程中必须
给予高度重视的研究课题。
本文针对此问题进行了航天器柔性天线的局部振动及其控制问题的研究。
首先,通过建立非弱耦合和弱耦合两种天线结构模型进行局部振动问题展开研
究。利用 ANSYS 软件,建立了可展开天线结构的有限元分析模型,分别得到了理
想周期结构和失谐周期结构的固有频率与振型。通过对比,证明了很小的失谐量就
会使结构的振动模态产生急剧变化,并且这些模态的振动主要局限于结构的局部区
域,即出现振动模态局部化现象。为了验证上述模态局部化问题对航天器天线结构
振动的严重影响以及此问题存在航天器天线结构中的普遍性,本文又建立径向肋展
开天线模型,对其进行局部模态分析后,通过与周边桁架展开天线的结果对比。
其后,针对航天器柔性天线的局部振动,以比例反馈控制为控制方法,以作动
器配置优化为手段,对局部振动控制进行了优化与仿真。在振动控制问题中,对作
动器进行优化,以提高振动控制的有效性。由于优化模型采用传统优化计算方法求
解困难,本文利用改进的遗传算法对其进行优化计算,取得了合理的、有益的数值
结果,并利用枚举法验证其结果的正确性。而后利用有限元软件 MATLAB,对天线
振动控制进行仿真,比较作动器优化前后的天线振动响应,经过作动器优化后的天
线结构振动得到了更好的抑制效果。

关键词:航天器柔性天线;局部模态;振动主动控制;遗传算法;作动器优化;
数值仿真

I
哈尔滨工业大学硕士学位论文

Abstract
Structure of spacecraft antenna is a cycle, because of manufacture, material and
problems in using, which lead to detuning