一种基于压电结构的星载天线反射器形面精度主动控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于压电结构的星载天线反射器形面精度主动控制方法，属于航空航天反射器形面高精度控制技术领域。本发明专利技术在结构设计方面，采用加筋结构内嵌压电杆作为作动器；在控制算法方面，将整个反射器上所有有限元节点上面外位移幅值之和作为目标函数。本发明专利技术，首先基于承载与作动器一体化结构设计，建立一个同时优化电压取值与电压分布相耦合的优化问题模型，采用一个有界空间场来描述电压的分布，并将离散设计变量转化为连续型参数变量，并基于Kriging代理模型的优化算法得出最优有界空间场。最终，将最优有界空间场映射回原设计空间，得到最优电压分布形式。本发明专利技术可以处理复杂的星载天线反射器主动控制问题，计算成本较小、计算效率显著提高。计算效率显著提高。计算效率显著提高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电结构的星载天线反射器形面精度主动控制方法


[0001]本专利技术属于航空航天反射器形面高精度控制
，提出了一种基于压电材料叠堆杆结构作动器的主动控制算法。本专利技术将较大数量规模的包含压电杆的加强筋结构布置于星载天线反射器背面，通过控制对压电杆施加的电压分布来降低反射器在热载荷作用下的面外变形，实现星载天线反射器形面的高精度主动控制。

技术介绍

[0002]对于星载天线，其反射器形面精度会极大影响其电磁性能。反射器在热载荷作用下容易产生面外变形，其形面精度一般是由其面外位移决定的。一种较为成熟的主动控制结构设计方式是在反射器背面安装由压电材料构成的作动器，通过调节作动器电压来调节反射器的面外变形。这一类控制技术主要通过传感器测得监测点位置的面外变形，进而通过相关控制算法计算施加于作动器的电压参数。当对压电材料作动器施加电压时，作动器会产生机械变形，进而作用在反射器上来抵消反射器当前的面外变形。考虑到压电材料脆性难以加工成任意形状的问题，基于压电材料的作动器主要包括压电片或由压电片叠堆而成的压电杆。
[0003]在控制算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压电结构的星载天线反射器形面精度主动控制方法，其特征在于，采用加筋结构内嵌压电杆作为作动器，通过调节每一根压电杆两端的电压来调整反射器的面外位移，使反射器面外位移达到微米数量级来满足形面精度要求；所述主动控制方法包括以下步骤：第一步，设计压电作动器结构形式(a)将反射器背面的加强筋设计为U型结构；(b)将压电杆两端分别固定在一个U型结构上，使压电杆与U型结构一致变形；第二步，建立电压取值与分布耦合优化模型；(a)以电压取值V与电压分布γ为设计变量；其中，电压取值V为连续性设计变量，而表征电压分布的是一组离散设计变量，由0
‑
1元素构成的向量γ；对于第i个压电杆，当γ
i
＝0表示压电杆不施加电压，γ
i
＝1表示压电杆施加电压；(b)基于有限元方法求解反射器面外位移响应，目标函数取为反射器所有有限元节点面外位移幅值之和，约束函数为击穿电压或其他功能性限制函数；第三步，采取序列展开的方式建立空间场函数，采用连续的空间场来表征电压分布设计变量γ在每一个空间位置上的取值，从而实现离散变量的连续化表达，将原包含离散设计变量与连续设计变量的耦合优化问题转化为只包含连续设计变量的参数优化问题；(a)取每根压电杆的中心位置坐标组成矩阵计算每两个压电杆中心点之间的相关性R
c
，由此构建相关矩阵进而将相关矩阵进行特征值分解，得到空间场的每一阶特征模态(特征值η与特征向量ψ)；采用的相关性函数R
c
为两点间距离范数l
Eu
与相关长度l
c
的函数，相关函数通用形式如公式所示的指数形式，其中相关长度l
c
用来表征加强筋相关性随距离的变远而减弱的衰减速度；由此类相关函数构成的相关矩阵具有明确的物理表征含义，能够在实际工程中进行应用；(b)给定一个误差ε，将特征模态从大到小排列，进而截断特征值较小的特征模态，即N与M为分别为截断前与截断后特征模态数量；由此，该空间有界场可表达为：(c)为建立严格的布局变量γ与空间场函数值D(X,α)之间映射关系，首先将离散设计变量γ放松，使之成为在区间[0,1]内的连续变量从而，可基于Sigma函数建立在空间位置X上与D(X,α)之间的映射关系，即：参数β可调整随D(X,η)增大或减小趋近于0或1的速率，β取值可在迭代过程中逐步增加使最终...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗阳军，何佳琦，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：