大型索网天线机电耦合动力学建模与主动变形控制

来源：计算力学学报杂志2016年第4期北京时间：

作者：寻广彬,吴志刚,彭海军,穆瑞楠,邬树楠

单位：1. 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 航空航天学院, 大连 116024,
2. 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 工程力学系, 大连 116024,1. 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 航空航天学院, 大连 116024,
2. 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 工程力学系, 大连 116024,1. 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 航空航天学院, 大连 116024,
2. 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 工程力学系, 大连 116024,1. 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 航空航天学院, 大连 116024,
2. 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 工程力学系, 大连 116024,1. 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 航空航天学院, 大连 116024,
2. 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 工程力学系, 大连 116024

摘要：索网天线因其折叠收纳比高、质量轻以及口径大等优点，成为众多空间任务的首选天线形式，但反射面精度较低限制了大型索网天线的在轨性能指标。在索网天线竖向张力索中加入压电陶瓷堆（PZT）作动器，通过主动控制提高反射面的形面精度。首先，将张紧的索网天线分为含有作动器的主动索单元和不含作动器的被动索单元，通过压电本构方程、几何方程和哈密顿原理推导出主动索单元的动力学模型，并与被动索单元一起组装得到索网天线的机电耦合动力学模型。然后，根据天线反射面的初始形面误差和所建立的天线机电耦合动力学模型，基于模型预测控制（MPC）方法计算出各作动器的控制输入电压曲线。最后，以一个10 m口径的索网天线为算例，验证本文所建立的模型和控制方法的有效性。

关键词：索网天线,机电耦合动力学模型,主动变形控制,PZT作动器,

基金资助：国家自然科学基金（11372056，11432010，11472069），中央高校基本科研业务费（DUT15ZD235）资助项目.