航天器柔性天线局部振动与主动控制问题研究

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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。
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