文档介绍：国内图书分类号: O327;
国际图书分类号:
工学硕士学位论文
航天器大型柔性天线局部共振
分析及主动控制研究
硕士研究生:徐冬
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:2008 年 6 月 30 日
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: O327;
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Dissertation for the Master Degree in Engineering
RESEARCH ON LOCAL RESONANCE AND ACTIVE
CONTROL FOR LARGE FLEXIBLE ANTENNA OF
SPACECRAFT
Candidate: Xu Dong
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, 2008
Degree-Conferring-institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
随着航天事业的迅猛发展,大型柔性天线越来越多地使用在空间技术中。
由于制造、材料以及使用中的不当行为等多种因素导致天线结构失谐时,结构
的振动模态沿周向不再均匀分布,这种局部模态会使卫星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。传统的被动控制技术难以
满足要求,振动主动控制成为必然选择。因此,对大型柔性天线振动模态局部化
问题的研究和对其进行主动控制方法的探索成为研究热点。
本文主要对大型柔性天线的局部模态的产生及其控制方法进行研究。首先
详细阐述了周边桁架可展开天线的结构组成并将其简化。然后在 ANSYS 软件
环境中,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。
针对解耦后的方程和有限元软件分析所得的结果研究了直接负速度反馈和
鲁棒性比较好的基于 LQR 独立模态控制方法,来控制结构的振动。为了验证
上述振动控制方法的有效性,本文以简化后的平面天线作为研究对象进行了数
值仿真研究。首先计算相应失谐周期结构的模态振型,并通过有限元分析软件
ANSYS 得到了失谐周期结构的质量矩阵和刚度矩阵,将矩阵导入 MATLAB
中,利用 SIMULINK 仿真环境进行仿真计算,得出主动控制前后结构的响应
曲线。仿真结果表明:两种控制方法对天线结构的振动均有显著的抑制效果;
且同等控制代价下 LQR 控制方法的控制效果明显优于直接负速度反馈方法。
关键词大型柔性天线;局部模态;振动主动控制;索膜结构;数值仿真
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
With development of the space cause, large flexible antenna is more and more
used in space technology. Because of manufacture, material and problems in using
process etc. leading to detuning of antenna structure, vibration modal of the structure
along the circumferential are not evenly distributed. This local mode can greatly
reduce the capacity of satellite for receiving data, accelerate fatigue failu