一種面向控制的大型天線建模方法
2023-05-05 16:11:21
一種面向控制的大型天線建模方法
【專利摘要】本發明涉及一種面向控制的大型天線建模方法，其步驟是：第一步：ansvs模態分析；第二步：選擇相關振型；第三步：計算模態參數；第四步：變換輸入輸出矩陣；第五步：分解各階模態；第六步：計算各階模態範數；第七步：模態縮聚；第八步：模態疊加。本發明的優點是：1)將天線柔性信息建立在控制模型中，使得模型更接近實際，在計算指向誤差時也更為準確。2)剛性模型與柔性模型處於解耦狀態，則模型分別輸出剛性轉角和柔性偏移，可分別對輸出進行處理。
【專利說明】一種面向控制的大型天線建模方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於天線【技術領域】，具體是一種面向控制的大型天線建模方法，用於實現將天線的柔性模態引入到伺服跟蹤系統的模型中，提高分析精度。
【背景技術】
[0002]大型反射面天線以其照射效率高和邊緣漏射低等優點，被廣泛應用於衛星通訊、深空探索等領域，然而大型反射面天線指向控制器設計指標要求較高，我國「螢火工程」 65米口徑天線，其指向精度要求誤差小於0.01°，只有精度達到要求，才能發揮天線口徑效率，而隨著口徑的不斷增大，天線結構會受到自重、風荷、雨雪等多種載荷作用，使得天線發生柔性變形，導致指向的偏差，而指向偏差又會引起天線電性能變差降低工作效率。當然隨著天線工況的不同，這種影響也會隨之變化。
[0003]對於如何降低外界載荷對天線指向控制的影響，除了需要先進控制理論的支持，還需要精確了解指向誤差造成的因素，不光要克服由於傳統的控制系統滯後對指向控制的阻礙，也需要解決由於天線自身結構柔性問題帶來的指向誤差，解決這一問題，就需要建立較為精確的面向控制的大型天線模型，然而傳統的建模方法卻忽略了影響天線指向的重要因素:天線自身柔性振動對指向的影響。
[0004]目前在國內外對提高天線指向的控制方法主要有以下幾種:
[0005]I)通過不同的控制方法，包括PI控制、LQG控制及H無窮控制，解決由於各種外界環境所造成的指向誤差，通過控制補償使指向誤差減小，通過比較三種控制方法，可知PI控制簡單可靠但效果有限、而LQG控制和H無窮控制則大幅度提高了控制效果，同時結果表明通過控制方法來提高指向精度作用有限，更需要在當前的天線驅動上加以改進。如在Wodek Gawronsk1.Antennacontrolsystems:FromPItoH 00 , IEEEAntennasand PropagationMagazine, 2001，vol.43，ρρ52_60.中就是用此種方法。
[0006]2)通過各種控制方法的組合，如速率環用PI控制、位置環用LQG控制，組合控制的指向精度為單一 PI控制指向精度的二倍，同時若速率環為LQG控制、位置環為PID控制，則指向精度較單純的PI控制提高十倍，若將LQG控制既應用於速率環又應用於位置環則效果是最好的，將會提高 250 倍。如在 WodekGawronsk1.ControlSystemsofTheLargeMi 11 imeter Telescope.1EEEAntennasandPropagationMagazine, 2005, vol.47, ρρ41~49.中米用的就是這種方法。
[0007]3)主要通過分析了不同頻域的風對天線轉軸處及天線指向的影響，通過光學儀器測得在具體平均風速下，在不同風向和不同反射面位置處，該風造成的天線指向偏差，並建立圖表，通過查表法對指向偏差進行平均補償。如在NobuharuUkita, ffind-1nducedpointingerrorsandsurface deformationofalO—msubmi11imeterantenna，Conferenceon Ground-BasedandAirborneTelescopesIIIj SanDiegoj CA，2010 中有所報導。
[0008]然而現有的提高指向精度的方法，要麼將轉軸處的剛性轉角作為指向，分析外界載荷對其影響，並未考慮天線結構本身的柔性振動造成的指向偏差，降低了誤差補償準確率；要麼利用光學儀器對不同工況下的指向誤差數據建立表格，雖然這種方法相當於考慮了天線柔性振動，但其工作量大、效率低，且給予的補償只是平均值，在一定程度上減小了指向誤差，但效果有限。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在於避免上述現有技術的不足，提供一種面向控制的大型天線建模方法，將天線自身柔性信息考慮在建模過程中，克服傳統建模對指向估計不準的缺點。
[0010]實現本發明目的的技術方案是:一種面向控制的大型天線建模方法，其步驟是:
[0011]第一步:以結構工況下反射面位置建立有限元模型，以某一頻率？為約束條件，分析？以內的固有頻率的振型，記為31、32......811 ；
[0012]第二步:以方位指向為模型的輸出，第&個自由度為方位指向位移傳感器位置，貝0振型其各階模態對方位指向影響大小的初步估計取決於如下公式:
【權利要求】
1.一種面向控制的大型天線建模方法，其步驟是: 第一步:以結構工況下反射面位置建立有限元模型，以某一頻率F為約束條件，分析F以內的固有頻率的振型，記為S1、S2......Sn ； 第二步:以方位指向為模型的輸出，第k個自由度為方位指向位移傳感器位置，則振型其各階模態對方位指向影響大小的初步估計取決於如下公式:
【文檔編號】G05B13/04GK103838141SQ201310496650
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年10月21日 優先權日:2013年8月9日
【發明者】張潔, 黃進, 宋瑞雪, 邱麗麗 申請人:西安電子科技大學