超大型全可動天線伺服系統結構與精密控制設計研究

《超大型全可動天線伺服系統結構與精密控制設計研究》是依託西安電子科技大學，由李素蘭擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：超大型全可動天線伺服系統結構與精密控制設計研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李素蘭
• 依託單位：西安電子科技大學

項目摘要

大型反射面天線系統在國防和民用領域用途廣泛，其伺服系統的設計直接關係到整個天線的性能。本項目以超大型全可動天線QTT(Qitai Radio Telescope)為對象，為了實現高指向精度要求，對其伺服系統的結構與精密控制進行研究。首先研究機械結構因素對伺服系統性能的影響，設計適用於超大口徑、高頻段、慢速的天線伺服系統的精密控制策略，然後建立伺服系統結構和控制的耦合分析模型。在此基礎上對天線伺服系統進行最佳化設計，使伺服系統整體性能達到最優。基於本項目的研究，伺服設計人員能夠深入、定量地認識超大型全可動天線伺服系統中機械結構因素與控制之間的影響關係，制定合理的控制設計方案，並在保證滿足控制性能指標的前提下，大大降低對伺服系統結構的要求。這對降低伺服系統設計難度與縮短研製周期意義重大。

結題摘要

項目按照計畫要求，完成了規定的研究內容，達到了考核指標要求，實現了研究總目標。項目首先考慮軌道不平度的影響，建立了110米口徑全可動反射面天線的方位、俯仰等綜合軸系誤差及慣性對天線指向誤差的影響關係式；其次基於有限元分析，利用少量的模態坐標代替節點坐標對自由度進行縮聚，將彈性變形轉換到以固有振型為基向量的空間中進行描述，從而降低動力學方程的求解規模；基於拉格朗日方程，建立了描述天線整體運動的剛柔耦合動力學模型，並且設計了複合PID控制器。最後基於精細積分原理，提出了精確計算結構因素對伺服控制性能影響度函式的方法；並且探索了110米口徑天線結構與控制的集成設計，建立了可同時實現結構的輕量化與控制的穩和準的集成設計模型並進行了求解。該項目的研究工作為110米口徑天線QTT的工程實施，奠定了堅實的理論技術。 項目取得的創新成果主要包括：針對QTT提出了其關鍵模態選取準則，建立了剛柔耦合動力學模型，並針對該模型設計了相應的控制器，為反射面天線的結構和控制集成設計奠定了理論基礎；其次發掘了結構因素對控制性能的影響機理，建立了可同時實現結構的輕量化與控制穩和準的集成設計模型，並給出了求解的策略。 項目組共發表學術論文6篇，其中SCI/EI 檢索3/3篇，申請國家發明專利9項。培養博士研究生1人，碩士研究生2人，獲得國家留學基金委公派訪學資助1人。