索網(wǎng)式空間結(jié)構(gòu)在軌變形分布式主動(dòng)控制

針對(duì)大型移動(dòng)通信衛(wèi)星和對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星對(duì)大口徑、高精度星載天線的迫切需求，本項(xiàng)目以索網(wǎng)式天線結(jié)構(gòu)為主要研究對(duì)象，開(kāi)展了天線反射面變形主動(dòng)控制方法研究。主要研究?jī)?nèi)容包括：結(jié)合參變量變分理論與幾何非線性有限元方法建立了索網(wǎng)天線結(jié)構(gòu)非線性有限元模型，并基于該模型進(jìn)行了結(jié)構(gòu)力學(xué)分析；建立含有壓電作動(dòng)器的大型索網(wǎng)式天線結(jié)構(gòu)的機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型，給出一種適用于大規(guī)模結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制的新型快速模型預(yù)測(cè)控制方法，并利用該方法求解天線反射面變形主動(dòng)控制問(wèn)題；建立面向大型天線結(jié)構(gòu)分布式控制的有限元模型，考慮各子模塊之間的測(cè)量信息交互，提出了分布式振動(dòng)控制策略并分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；完成系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)并搭建了星載天線反射面變形主動(dòng)控制演示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，驗(yàn)證了提高天線反射面型面精度主動(dòng)控制方法的有效性。研究結(jié)果表明，所提出的基于參變量變分原理的幾何非線性有限元方法比傳統(tǒng)算法具有更穩(wěn)定的收斂性和更高求解精度；快速模型預(yù)測(cè)控制方法可以高效求解大型索網(wǎng)式天線結(jié)構(gòu)的反射面變形主動(dòng)控制問(wèn)題，通過(guò)主動(dòng)控制可明顯提高反射面的型面精度；采用可擴(kuò)展的分布式控制器，大型空間天線結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能夠得到有效抑制，且控制系統(tǒng)的容錯(cuò)性能良好；通過(guò)實(shí)驗(yàn)更進(jìn)一步驗(yàn)證了主動(dòng)控制在提高天線反射面精度方面的有效性。以上研究工作為研發(fā)新一代大口徑、高精度星載天線提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，在進(jìn)一步提高和保持天線反射面精度方面有廣泛的應(yīng)用前景。 2100433B

本項(xiàng)目以大型電子偵察衛(wèi)星和通信衛(wèi)星的索網(wǎng)式結(jié)構(gòu)天線為研究對(duì)象，研究在軌環(huán)境下索網(wǎng)式空間結(jié)構(gòu)變形控制的分布式主動(dòng)控制理論和方法，并完成控制方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。為新一代大型索網(wǎng)式星載天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和反射面變形的精準(zhǔn)可靠控制提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。具體研究?jī)?nèi)容包括：建立面向分布式控制的索網(wǎng)式空間結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型；基于最優(yōu)控制理論發(fā)展結(jié)構(gòu)變形前饋控制方法；研究結(jié)構(gòu)變形控制的分布式H2/H∞反饋控制方法；設(shè)計(jì)和搭建結(jié)構(gòu)變形主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并完成索網(wǎng)式結(jié)構(gòu)變形分布式主動(dòng)控制方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

前言

第1章 概述

1.1 工程背景與研究意義

1.2 研究歷史與現(xiàn)狀

1.2.1 熱致響應(yīng)的分析

1.2.2 熱致變形的控制

1.2.3 熱誘發(fā)振動(dòng)的控制

1.3 本書(shū)的主要研究?jī)?nèi)容

第2章 空間結(jié)構(gòu)熱致變形的熱流主動(dòng)控制

2.1 引論

2.2 控制熱流作用下的熱一結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程

2.3 熱致變形的主動(dòng)控制

2.3.1 給定熱驅(qū)動(dòng)器布置的控制熱流優(yōu)化

2.3.2 熱驅(qū)動(dòng)器的合理布置

2.4 熱致變形主動(dòng)控制的數(shù)值算例

2.4.1 懸臂梁熱致變形的主動(dòng)抑制

2.4.2 懸臂梁動(dòng)態(tài)形狀追蹤的主動(dòng)控制

2.4.3 空間桅桿熱致變形的主動(dòng)抑制

2.4.4 環(huán)形可展開(kāi)天線熱致變形的主動(dòng)抑制

2.5 本章小結(jié)

第3章 空間結(jié)構(gòu)熱誘發(fā)振動(dòng)的熱流主動(dòng)控制

3.1 引論

3.2 熱一結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)狀態(tài)方程的建立

3.2.1 瞬態(tài)熱傳導(dǎo)狀態(tài)方程的建立

3.2.2 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)狀態(tài)方程的建立

3.3 控制熱流的最優(yōu)控制律設(shè)計(jì)

3.4 最優(yōu)控制熱流的求解流程

3.5 熱誘發(fā)振動(dòng)主動(dòng)控制的數(shù)值算例

3.5.1 太陽(yáng)能帆板熱誘發(fā)振動(dòng)的主動(dòng)控制

3.5.2 空間桅桿熱誘發(fā)振動(dòng)的主動(dòng)控制

3.5.3 空間反射面天線熱誘發(fā)振動(dòng)的主動(dòng)控制

3.6 本章小結(jié)

第4章 空間熱流作用下懸臂梁結(jié)構(gòu)的熱顫振準(zhǔn)則

4.1 引論

4.2 熱一結(jié)構(gòu)耦合振動(dòng)方程的建立

4.3 熱一結(jié)構(gòu)耦合振動(dòng)方程的近似求解

4.4 耦合熱誘發(fā)振動(dòng)的穩(wěn)定性分析與熱顫振準(zhǔn)則

4.5 懸臂梁耦合熱誘發(fā)振動(dòng)穩(wěn)定性分析的數(shù)值算例

4.5.1 太陽(yáng)熱流垂直懸臂梁軸線入射

4.5.2 懸臂梁軸線指向太陽(yáng)

4.5.3 懸臂梁軸線指離太陽(yáng)

4.6 本章小結(jié)

第5章 空間結(jié)構(gòu)耦合熱誘發(fā)振動(dòng)的穩(wěn)定性分析與熱流主動(dòng)控制

5.1 引論

5.2 空間結(jié)構(gòu)的熱一結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力學(xué)分析

5.2.1 熱一結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力學(xué)方程的建立

5.2.2 耦合矩陣Bt的求解

5.2.3 熱一結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力學(xué)方程的求解

5.3 空間結(jié)構(gòu)耦合熱誘發(fā)振動(dòng)的穩(wěn)定性分析

5.4 空間結(jié)構(gòu)耦合熱誘發(fā)振動(dòng)的熱流主動(dòng)控制

5.5 耦合熱誘發(fā)振動(dòng)的穩(wěn)定性分析與主動(dòng)控制的數(shù)值算例

5.5.1 哈勃望遠(yuǎn)鏡太陽(yáng)翼耦合熱誘發(fā)振動(dòng)的穩(wěn)定性分析

5.5.2 哈勃望遠(yuǎn)鏡太陽(yáng)翼耦合熱誘發(fā)振動(dòng)的熱流主動(dòng)控制

5.5.3 空間桅桿耦合熱誘發(fā)振動(dòng)的熱流主動(dòng)控制

5.6 本章小結(jié)

第6章 研究展望參考文獻(xiàn) 2100433B

本書(shū)圍繞熱致變形會(huì)降低空間天線反射面的形面精度、空間桅桿的指向精度，熱誘發(fā)振動(dòng)會(huì)對(duì)航天器的姿態(tài)控制造成影響，而不穩(wěn)定熱誘發(fā)振動(dòng)的發(fā)生則可能使航天器整體失效，因此，大型柔性空間框架結(jié)構(gòu)熱致響應(yīng)的主動(dòng)控制和熱誘發(fā)振動(dòng)的穩(wěn)定性分析成為現(xiàn)代航天器研制中亟待解決的兩個(gè)重要問(wèn)題。進(jìn)行介紹，本書(shū)提出了采用熱流驅(qū)動(dòng)進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)熱致變形主動(dòng)控制和熱誘發(fā)主動(dòng)控制的新型控制方法。