弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析及振動(dòng)控制研究.pdf

1、近年來(lái)，通信、空間科學(xué)、對(duì)地觀測(cè)特別是軍事偵察技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)星載天線結(jié)構(gòu)的尺寸和性能要求越來(lái)越高，從美國(guó)已經(jīng)成功研發(fā)的五代電子偵察衛(wèi)星主天線來(lái)看,星載天線的口徑從最初的9米發(fā)展到了目前的150米。由于太陽(yáng)風(fēng)、宇宙碎片及發(fā)動(dòng)機(jī)等外來(lái)因素會(huì)給天線結(jié)構(gòu)帶來(lái)沖擊，因此，為提高星載天線的精度、使用壽命，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究及振動(dòng)控制十分必要。
　　星載天線普遍屬于弱耦合循環(huán)周期結(jié)構(gòu)，其動(dòng)力學(xué)特性非常復(fù)雜，且隨著口徑的增大，天線結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特

2、性及振動(dòng)主動(dòng)控制的研究就更加成為一個(gè)難題。在眾多難題中，考慮失諧的弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性及振動(dòng)控制研究最為困難（失諧即生產(chǎn)及安裝等過(guò)程中導(dǎo)致的天線各子結(jié)構(gòu)存在的微小差異）。已有研究表明，微小失諧會(huì)對(duì)弱耦合周期結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性產(chǎn)生較大的影響，使結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性變得更為復(fù)雜，即出現(xiàn)振動(dòng)模態(tài)局部化現(xiàn)象。這一現(xiàn)象已經(jīng)由美國(guó)學(xué)者，與一直徑為5.75米的天線的振動(dòng)試驗(yàn)中得到驗(yàn)證，同時(shí)發(fā)現(xiàn)：尺寸愈大，這種現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率及嚴(yán)重程度愈大。
　　

3、振動(dòng)模態(tài)局部化對(duì)弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響主要有以下幾方面：1)對(duì)弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)的使用壽命、精度等帶來(lái)嚴(yán)重影響；2)使相關(guān)的振動(dòng)控制系統(tǒng)失效；3)影響傳感器的測(cè)量，導(dǎo)致測(cè)不到期望值；4)在外激勵(lì)下，使結(jié)構(gòu)某些部件的響應(yīng)幅值過(guò)大，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)相應(yīng)部件的疲勞破壞，進(jìn)而引起整個(gè)系統(tǒng)的破壞。因而對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析及振動(dòng)控制時(shí)必須考慮失諧的影響，這對(duì)保證天線結(jié)構(gòu)的正常工作、發(fā)展空間通信、觀測(cè)及軍事偵察等方面都具有重要的意義。
　　本

4、文在充分考慮結(jié)構(gòu)失諧——這一嚴(yán)重影響弱耦合周期結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性因素的前提下，以弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，對(duì)其復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特性及振動(dòng)主動(dòng)控制問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　　對(duì)失諧弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論建模和有限元建模，研究了天線結(jié)構(gòu)失諧前后的振動(dòng)特性，結(jié)果表明弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性對(duì)失諧極為敏感，微小失諧會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)振動(dòng)明顯的局部化；采用傳遞矩陣法，對(duì)循環(huán)周期結(jié)構(gòu)振動(dòng)的Lyapunov指數(shù)進(jìn)行了分析

5、，解釋了振動(dòng)模態(tài)局部化現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理。
　　基于失諧星載天線結(jié)構(gòu)理論模型，研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)失諧對(duì)循環(huán)周期結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的影響，分析并得到了結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)弱耦合結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)的影響規(guī)律；對(duì)各結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化及失諧情況的振動(dòng)局部化因子進(jìn)行了分析，得到了天線質(zhì)量、肋剛度和肋間夾角的失諧對(duì)天線結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的影響與變化規(guī)律，以及天線膜剛度值的大小對(duì)天線結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的影響規(guī)律，從振動(dòng)的傳播方面解釋了振動(dòng)模態(tài)局部化產(chǎn)生及變化的原因。
　　在充

6、分考慮結(jié)構(gòu)失諧的前提下，針對(duì)壓電智能弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)的有限元模型，研究了結(jié)構(gòu)振動(dòng)的主動(dòng)控制問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)失諧對(duì)結(jié)構(gòu)為弱耦合情況時(shí)的影響較大，對(duì)非弱耦合情況影響較?。环謩e采用多種控制算法，對(duì)失諧結(jié)構(gòu)的振動(dòng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分析了在弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)存在失諧時(shí)的振動(dòng)控制方面，各種控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)，得到了適合解決失諧天線結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制問(wèn)題的方法。
　　針對(duì)弱耦合星載天線結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中的作動(dòng)器位置優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了研究。以系統(tǒng)能量為目標(biāo)，提出