大型空间网状展开天线反射面精度控制的智能结构的研究
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摘要
由于通信、空间科学、地球观测事业迅猛发展，对高精度的网状展开天线的
需求越来越迫切，这就使得大型空间网状展开天线及其反射面精度调整和控制技
术成为大型空间天线研究的一个热门课题而受到世界各宇航公司和研究单位的关
注。
本文的目的是探讨一种用于大型空间网状展开天线的型面精度控制的新方
法。通过引入智能结构单元，使得对反射面的控制具有实时性，自适应性。针对
大型空间柔性结构系统的智能结构的位置优化问题，采用了一种较为简便且有效
的处理方法。该方法是通过模态分析法，得出模态重要性评价指标和模态下候选
单元应变能评价指标，二者结合得出智能单元位置的评价指标。该方法在理论上
得到了严格的证明，得出的结果符合实际。考虑到网状天线所处的工作环境和性
能要求，我们在用智能结构施加控制时，采用的是H_∞控制理论，针对在系统最
佳位置布置智能结构单元的有限元模型进行在轨振动控制研究，达到了一个好的
效果，可以说是H_∞控制理论的又一成功应用。
Large diameter and high precision mesh shape antenna reflectors
are needed for the
developing satellite communication and space observation, so
shape precision control of
mesh shape antenna reflector at orbit has become one of the major
developing trends of
modern space technique. Because use of the control at orbit has
great advantage to adapt
the antenna reflector to the uncertain environment and
disturbance ,space organizations
all over the world pay more and more attention to this promising
technology.
The aim of this paper consists in finding and dicussing a new way
to control the
shape precision of antenna. Through introducing the intelligent
structures ,the system of
mesh shape antenna realizes the intelligent control. Mode
analysis technology is applied
to optimize placements of intelligent structures in the mesh
shape with the characteristic
of large size and flexibility. The modal important factor is
defined ,then ,by weighting
the candidate active members strain energy in each mode by the
corresponding modal
importance factors the information of optimal placements is
obtained. He., control theory
conjuncting intelligent structures is used to restrain the
vibration of the mesh shape
antenna. With the results of simulation, we have found that the
control method is very
effective.
需求越来越迫切，这就使得大型空间网状展开天线及其反射面精度调整和控制技
术成为大型空间天线研究的一个热门课题而受到世界各宇航公司和研究单位的关
注。
本文的目的是探讨一种用于大型空间网状展开天线的型面精度控制的新方
法。通过引入智能结构单元，使得对反射面的控制具有实时性，自适应性。针对
大型空间柔性结构系统的智能结构的位置优化问题，采用了一种较为简便且有效
的处理方法。该方法是通过模态分析法，得出模态重要性评价指标和模态下候选
单元应变能评价指标，二者结合得出智能单元位置的评价指标。该方法在理论上
得到了严格的证明，得出的结果符合实际。考虑到网状天线所处的工作环境和性
能要求，我们在用智能结构施加控制时，采用的是H_∞控制理论，针对在系统最
佳位置布置智能结构单元的有限元模型进行在轨振动控制研究，达到了一个好的
效果，可以说是H_∞控制理论的又一成功应用。
Large diameter and high precision mesh shape antenna reflectors
are needed for the
developing satellite communication and space observation, so
shape precision control of
mesh shape antenna reflector at orbit has become one of the major
developing trends of
modern space technique. Because use of the control at orbit has
great advantage to adapt
the antenna reflector to the uncertain environment and
disturbance ,space organizations
all over the world pay more and more attention to this promising
technology.
The aim of this paper consists in finding and dicussing a new way
to control the
shape precision of antenna. Through introducing the intelligent
structures ,the system of
mesh shape antenna realizes the intelligent control. Mode
analysis technology is applied
to optimize placements of intelligent structures in the mesh
shape with the characteristic
of large size and flexibility. The modal important factor is
defined ,then ,by weighting
the candidate active members strain energy in each mode by the
corresponding modal
importance factors the information of optimal placements is
obtained. He., control theory
conjuncting intelligent structures is used to restrain the
vibration of the mesh shape
antenna. With the results of simulation, we have found that the
control method is very
effective.
引文
[1] 任辉、王援朝，“欧洲航天局的天线结构技术”，通信与测控，1995年第1期
[2] 图拉雅卫星将使用大型展开式天线，中国航天，1999年第7期
[3] Takano Tadashi，Natori Michihiro，“Large deployable antenna for the space VLBI satellite Muses-B”，Intemational Symposium on Space Technology and Science， 19th
[4] 刘小荣，“美国新型军用卫星掠影”，国际太空，1998年6月号
[5] 袁 越，美发射新型数据中继卫星，中国航天，2000年第9期
[6] 冯达武、赵人杰，“空间大型网状展开天线展开机构的研究”， 中国空间 科学技术，1997年第1期
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[9] Koryo Miura，“Structural design of a 10m diameter tension truss antenna”， IAF-91-316
[10] 陶宝琪，智能材料结构，国防工业出版社，1998年8月
[10] 李俊宝 张景绘 任勇生 张令弥，振动工程中智能结构的研究进展， 力学进展，第29卷第2期．
[12] 阎绍泽 吴德隆 黄铁球，空间伸展机构控制-结构-体化设计方法研究， 中国空间技术，1999年4月 第2期．
[13] 马治国 闻邦椿 颜云辉，智能机械结构研究现状及展望，振动与冲击， 第17卷第4期
[14] 王存堂 唐建中 费鸣，大型空间柔性结构主动振动控制实现中的若干问 题，振动与冲击，1998年第17卷第1期
[15] 董 聪 夏人伟，智能结构设计与控制中的若干核心技术，力学进展，1996 26(2) ： 166-178
[16] 丁文镜，振动主动控制当前的主要研究课题，力学进展，1994：24(2) ： 173-180
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[21] 马扣根 顾仲权，结构振动主动控制中传感器／作动器参数优化设计，振 动工程学报，1991，4(1) ：85-89
[22] 聂润兔 邵成勋 邹振祝，自适应桁架行状控制中主动杆多目标最优配制， 应用力学学报，1997年9月第14卷 第3期
[23] 顾仲权 马扣根 陈卫东，振动主动控制，国防工业出版社
[24] 张宏伟 徐世杰 黄文虎，作动器／传感器配制优化的遗传算法应用，振动 工程学报，1999年13月第12卷第4期
[25] 严天宏 牟全臣，并置压电传感／作动器的最优化配置及反馈增益研究， 振动工程学报，1999年13月第12卷 第4期
[26] 王中东 关伟，压电智能结构振动控制中执行元件最优位置的选择，振 动工程学报，1999年13月 第12卷第4期
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[29] 张连文 夏人伟，自适应结构频率和阻尼比的计算，应用数学和力学，第 20卷第6期
[30] 唐永杰 胡选利 张升陛，采用压电机敏材料进行结构振动控制III：控制 系统设计与实验研究，应用力学学报，Vol．14． NO．1． Mar．1997
[31] 王存镗 唐建中，主动振动控制中传感／作动元件配置问题的全局优化方 法研究，应用力学学报 Vol．15． No．1． Mar 1998
[32] 张志宜，模态的可观可控度与作动器／传感器的布置，振动与冲，1998年 第2期
[33] 扰性机构减振中传感器和激振器的优化布置，振动与冲击，1995， Vol．14． No．3
[34] 自适应桁架结构振动控制中主动构件的最优配置， 航空学报1996年11 月Vol17． NO．6
[35] Nie，R．T．，Q．，C．，Mu and C．X．shao Numerical Simulation on Vibration Control of Large Space Stuctures Using Piezoelectric Actuator ICAPV2000 June 19-22，2000，xi’an，China Science Press
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[45] 谢石林 张希农 张景绘 可控约束阻尼层结构的H∞控制 振动工程学报 第13卷3 2000年9月
[46] 贾欣乐，基于GA和H∞混和优化的船舶航向控制器设计新方法，控制与决 策，1999，11
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[45] 谢石林 张希农 张景绘 可控约束阻尼层结构的H∞控制 振动工程学报 第13卷3 2000年9月
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[52] 薛定宇，控制系统计算机辅助设计--MATLAB 语言及应用，清华大学
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