一種面向控制的大型天線建模方法
【專利摘要】本發(fā)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(tài)分析；第二步：選擇相關(guān)振型；第三步：計(jì)算模態(tài)參數(shù)；第四步：變換輸入輸出矩陣；第五步：分解各階模態(tài)；第六步：計(jì)算各階模態(tài)范數(shù)；第七步：模態(tài)縮聚；第八步：模態(tài)疊加。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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(shí)際，在計(jì)算指向誤差時(shí)也更為準(zhǔn)確。2)剛性模型與柔性模型處于解耦狀態(tài)，則模型分別輸出剛性轉(zhuǎn)角和柔性偏移，可分別對(duì)輸出進(jìn)行處理。
【專利說明】一種面向控制的大型天線建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于天線【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種面向控制的大型天線建模方法，用于實(shí)現(xiàn)將天線的柔性模態(tài)引入到伺服跟蹤系統(tǒng)的模型中，提高分析精度。
【背景技術(shù)】
[0002]大型反射面天線以其照射效率高和邊緣漏射低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通訊、深空探索等領(lǐng)域，然而大型反射面天線指向控制器設(shè)計(jì)指標(biāo)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于0.01°，只有精度達(dá)到要求，才能發(fā)揮天線口徑效率，而隨著口徑的不斷增大，天線結(jié)構(gòu)會(huì)受到自重、風(fēng)荷、雨雪等多種載荷作用，使得天線發(fā)生柔性變形，導(dǎo)致指向的偏差，而指向偏差又會(huì)引起天線電性能變差降低工作效率。當(dāng)然隨著天線工況的不同，這種影響也會(huì)隨之變化。
[0003]對(duì)于如何降低外界載荷對(duì)天線指向控制的影響，除了需要先進(jìn)控制理論的支持，還需要精確了解指向誤差造成的因素，不光要克服由于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)滯后對(duì)指向控制的阻礙，也需要解決由于天線自身結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(dòng)對(duì)指向的影響。
[0004]目前在國內(nèi)外對(duì)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，解決由于各種外界環(huán)境所造成的指向誤差，通過控制補(bǔ)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(shí)結(jié)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(dāng)前的天線驅(qū)動(dòng)上加以改進(jìn)。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(huán)用PI控制、位置環(huán)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(shí)若速率環(huán)為LQG控制、位置環(huán)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(yīng)用于速率環(huán)又應(yīng)用于位置環(huán)則效果是最好的，將會(huì)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(fēng)對(duì)天線轉(zhuǎn)軸處及天線指向的影響，通過光學(xué)儀器測(cè)得在具體平均風(fēng)速下，在不同風(fēng)向和不同反射面位置處，該風(fēng)造成的天線指向偏差，并建立圖表，通過查表法對(duì)指向偏差進(jìn)行平均補(bǔ)償。如在NobuharuUkita, ffind-1nducedpointingerrorsandsurface deformationofalO—msubmi11imeterantenna，Conferenceon Ground-BasedandAirborneTelescopesIIIj SanDiegoj CA，2010 中有所報(bào)導(dǎo)。
[0008]然而現(xiàn)有的提高指向精度的方法，要么將轉(zhuǎn)軸處的剛性轉(zhuǎn)角作為指向，分析外界載荷對(duì)其影響，并未考慮天線結(jié)構(gòu)本身的柔性振動(dòng)造成的指向偏差，降低了誤差補(bǔ)償準(zhǔn)確率；要么利用光學(xué)儀器對(duì)不同工況下的指向誤差數(shù)據(jù)建立表格，雖然這種方法相當(dāng)于考慮了天線柔性振動(dòng)，但其工作量大、效率低，且給予的補(bǔ)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(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)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(tǒng)建模對(duì)指向估計(jì)不準(zhǔn)的缺點(diǎn)。
[0010]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)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(jié)構(gòu)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(nèi)的固有頻率的振型，記為31、32......811 ；
[0012]第二步:以方位指向?yàn)槟Ｐ偷妮敵?，?amp;個(gè)自由度為方位指向位移傳感器位置，貝0振型其各階模態(tài)對(duì)方位指向影響大小的初步估計(jì)取決于如下公式:
【權(quán)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(jié)構(gòu)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(nèi)的固有頻率的振型，記為S1、S2......Sn ； 第二步:以方位指向?yàn)槟Ｐ偷妮敵?，第k個(gè)自由度為方位指向位移傳感器位置，則振型其各階模態(tài)對(duì)方位指向影響大小的初步估計(jì)取決于如下公式:
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK103838141SQ201310496650
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】張潔, 黃進(jìn), 宋瑞雪, 邱麗麗 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)