弱耦合星載天線結構動力學分析及振動控制研究.pdf

1、近年來，通信、空間科學、對地觀測特別是軍事偵察技術的高速發(fā)展，對星載天線結構的尺寸和性能要求越來越高，從美國已經(jīng)成功研發(fā)的五代電子偵察衛(wèi)星主天線來看,星載天線的口徑從最初的9米發(fā)展到了目前的150米。由于太陽風、宇宙碎片及發(fā)動機等外來因素會給天線結構帶來沖擊，因此，為提高星載天線的精度、使用壽命，對其進行動力學研究及振動控制十分必要。
　　星載天線普遍屬于弱耦合循環(huán)周期結構，其動力學特性非常復雜，且隨著口徑的增大，天線結構的振動特

2、性及振動主動控制的研究就更加成為一個難題。在眾多難題中，考慮失諧的弱耦合星載天線結構的動力學特性及振動控制研究最為困難（失諧即生產(chǎn)及安裝等過程中導致的天線各子結構存在的微小差異）。已有研究表明，微小失諧會對弱耦合周期結構的動力學特性產(chǎn)生較大的影響，使結構振動特性變得更為復雜，即出現(xiàn)振動模態(tài)局部化現(xiàn)象。這一現(xiàn)象已經(jīng)由美國學者，與一直徑為5.75米的天線的振動試驗中得到驗證，同時發(fā)現(xiàn)：尺寸愈大，這種現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率及嚴重程度愈大。
　　

3、振動模態(tài)局部化對弱耦合星載天線結構產(chǎn)生的不利影響主要有以下幾方面：1)對弱耦合星載天線結構的使用壽命、精度等帶來嚴重影響；2)使相關的振動控制系統(tǒng)失效；3)影響傳感器的測量，導致測不到期望值；4)在外激勵下，使結構某些部件的響應幅值過大，而導致結構相應部件的疲勞破壞，進而引起整個系統(tǒng)的破壞。因而對其進行動力學分析及振動控制時必須考慮失諧的影響，這對保證天線結構的正常工作、發(fā)展空間通信、觀測及軍事偵察等方面都具有重要的意義。
　　本

4、文在充分考慮結構失諧——這一嚴重影響弱耦合周期結構動力學特性因素的前提下，以弱耦合星載天線結構為研究對象，對其復雜的動力學特性及振動主動控制問題進行了系統(tǒng)的研究，主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　對失諧弱耦合星載天線結構進行了理論建模和有限元建模，研究了天線結構失諧前后的振動特性，結果表明弱耦合星載天線結構的動力學特性對失諧極為敏感，微小失諧會導致結構振動明顯的局部化；采用傳遞矩陣法，對循環(huán)周期結構振動的Lyapunov指數(shù)進行了分析

5、，解釋了振動模態(tài)局部化現(xiàn)象產(chǎn)生的機理。
　　基于失諧星載天線結構理論模型，研究了結構參數(shù)失諧對循環(huán)周期結構動力學特性的影響，分析并得到了結構參數(shù)變化對弱耦合結構振動模態(tài)的影響規(guī)律；對各結構參數(shù)的變化及失諧情況的振動局部化因子進行了分析，得到了天線質量、肋剛度和肋間夾角的失諧對天線結構振動特性的影響與變化規(guī)律，以及天線膜剛度值的大小對天線結構動力學特性的影響規(guī)律，從振動的傳播方面解釋了振動模態(tài)局部化產(chǎn)生及變化的原因。
　　在充

6、分考慮結構失諧的前提下，針對壓電智能弱耦合星載天線結構的有限元模型，研究了結構振動的主動控制問題，發(fā)現(xiàn)失諧對結構為弱耦合情況時的影響較大，對非弱耦合情況影響較??；分別采用多種控制算法，對失諧結構的振動進行控制系統(tǒng)設計，分析了在弱耦合星載天線結構存在失諧時的振動控制方面，各種控制方法的優(yōu)缺點，得到了適合解決失諧天線結構振動控制問題的方法。
　　針對弱耦合星載天線結構振動控制中的作動器位置優(yōu)化設計問題進行了研究。以系統(tǒng)能量為目標，提出