桁架可展天线展开过程分析、控制及试验

论文摘要

可展桁架天线结构作为一种新型结构形式,近些年来在宇航和军事工程等领域的应用越来越广泛,论文首先查阅了国内外大量相关文献,总结了国内外空间可展开结构的应用情况及其展开过程分析、控制及试验测试的研究现状。为了得到天线展开过程节点的速度、加速度等动力学特性,必须对天线的展开过程进行测量。本文对非接触式的计算机视觉测量方法进行了研究,并将其应用在环形桁架天线和四面体可展天线的展开过程测试中。展开过程控制是大型可展天线研究的重要内容,本文对四面体构架式天线进行了展开过程动力学分析,为了减小天线节点在展开过程中的速度、加速度,提出了对节点施加主动力的控制方案,并在实验室双圈天线模型的基础上就该方案进行了展开过程控制试验及测试。测试采用非接触式计算机视觉测量系统,通过MATLAB程序对视频跟踪所得数据进行处理和分析,得到了展开过程中天线节点的速度,加速度。试验结果表明,通过所施加的控制方法,有效地减小了天线节点在展开过程中的速度、加速度,从而降低了天线对星体的冲击力,验证了控制方法的可行性。对本教研室设计的动态索张力测量仪进行了标定试验,得到了测量误差,并进行了误差分析,针对实际测量中存在的问题提出了改进方案。对实验室的十二边环形桁架天线模型进行了展开过程动力学分析,求得结构展开运动过程中节点的速度、加速度。在展开过程动力学分析的基础上提出了动能按余弦规律变化的控制方案,并就该控制方案进行了展开过程试验。试验过程中采用了非接触式的计算机视觉测量系统,避免了在天线上安装传感器对天线结构造成的影响。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外空间可展结构的分类及特点
• 1.2.1 固面展开结构
• 1.2.2 桁架式展开结构
• 1.3 桁架式可展天线研究现状
• 1.3.1 展开过程分析方面
• 1.3.2 展开过程控制方面
• 1.3.3 展开过程试验方面
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 大型可展天线展开过程的测量技术研究
• 2.1 引言
• 2.2 计算机视觉测量的理论基础
• 2.2.1 Mean Shift算法
• 2.2.2 粒子滤波算法
• 2.2.3 基于Mean Shift的粒子滤波的跟踪算法
• 2.3 计算机视觉测量系统的组成
• 2.4 基于两种可展天线的计算机视觉测量试验
• 2.4.1 四面体可展天线计算机视觉测量实验
• 2.4.2 环形桁架可展天线计算机视觉测量实验
• 2.5 本章小结
• 第3章 四面体构架式天线展开过程分析、控制及试验
• 3.1 引言
• 3.2 实验室模型
• 3.3 展开过程动力学分析
• 3.3.1 展开过程动力学模型
• 3.3.2 展开过程动力学分析
• 3.4 展开过程控制系统设计
• 3.5 展开过程试验方案、控制策略
• 3.5.1 试验样机
• 3.5.2 重力抵消方案及控制策略
• 3.5.3 试验方案
• 3.6 展开过程测量方案
• 3.7 数据处理
• 3.8 本章小结
• 第4章 动态索张力测量仪的标定和改进
• 4.1 索张力测量环境简介
• 4.2 动态索张力测量仪的原理
• 4.3 动态索张力测量仪的标定
• C的测定'>4.3.1 硬铝压缩弹性模量E_C的测定
• 4.3.2 索力测量仪的标定
• 4.4 动态索张力测量仪的改进方案
• 4.5 本章小结
• 第5章 环形桁架天线展开过程分析、控制及试验
• 5.1 引言
• 5.2 环形桁架天线模型
• 5.2.1 模型参数
• 5.2.2 环形桁架天线的展开原理
• 5.3 环形桁架天线展开过程分析
• 5.4 展开过程控制理论及仿真
• 5.4.1 动态模型
• 5.4.2 神经网络预测控制
• 5.4.3 混沌粒子群优化算法（CPSO）
• 5.4.4 仿真
• 5.5 展开过程控制试验
• 5.5.1 控制方案
• 5.5.2 控制系统各部件的选择
• 5.5.3 天线展开悬吊方案的确定
• 5.5.4 试验过程
• 5.5.5 节点速度试验数据
• 5.5.6 驱动索张力测试数据
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 本文结论
• 6.3 要进一步做的工作
• 参考文献
• 作者简历及攻读学位期间已录用的学术论文