針對大型移動通信衛星和對地觀測衛星對大口徑、高精度星載天線的迫切需求，本項目以索網式天線結構為主要研究對象，開展了天線反射面變形主動控制方法研究。主要研究內容包括：結合參變量變分理論與幾何非線性有限元方法建立了索網天線結構非線性有限元模型，并基于該模型進行了結構力學分析；建立含有壓電作動器的大型索網式天線結構的機電耦合動力學模型，給出一種適用于大規模結構主動控制的新型快速模型預測控制方法，并利用該方法求解天線反射面變形主動控制問題；建立面向大型天線結構分布式控制的有限元模型，考慮各子模塊之間的測量信息交互，提出了分布式振動控制策略并分析了系統的穩定性；完成系統方案設計并搭建了星載天線反射面變形主動控制演示實驗系統，驗證了提高天線反射面型面精度主動控制方法的有效性。研究結果表明，所提出的基于參變量變分原理的幾何非線性有限元方法比傳統算法具有更穩定的收斂性和更高求解精度；快速模型預測控制方法可以高效求解大型索網式天線結構的反射面變形主動控制問題，通過主動控制可明顯提高反射面的型面精度；采用可擴展的分布式控制器，大型空間天線結構的振動能夠得到有效抑制，且控制系統的容錯性能良好；通過實驗更進一步驗證了主動控制在提高天線反射面精度方面的有效性。以上研究工作為研發新一代大口徑、高精度星載天線提供了理論基礎和技術支撐，在進一步提高和保持天線反射面精度方面有廣泛的應用前景。 2100433B

本項目以大型電子偵察衛星和通信衛星的索網式結構天線為研究對象，研究在軌環境下索網式空間結構變形控制的分布式主動控制理論和方法，并完成控制方法的實驗驗證。為新一代大型索網式星載天線結構設計和反射面變形的精準可靠控制提供理論基礎和技術支撐。具體研究內容包括：建立面向分布式控制的索網式空間結構動力學模型；基于最優控制理論發展結構變形前饋控制方法；研究結構變形控制的分布式H2/H∞反饋控制方法；設計和搭建結構變形主動控制實驗系統，并完成索網式結構變形分布式主動控制方法實驗驗證。

前言

第1章 概述

1.1 工程背景與研究意義

1.2 研究歷史與現狀

1.2.1 熱致響應的分析

1.2.2 熱致變形的控制

1.2.3 熱誘發振動的控制

1.3 本書的主要研究內容

第2章 空間結構熱致變形的熱流主動控制

2.1 引論

2.2 控制熱流作用下的熱一結構動力學方程

2.3 熱致變形的主動控制

2.3.1 給定熱驅動器布置的控制熱流優化

2.3.2 熱驅動器的合理布置

2.4 熱致變形主動控制的數值算例

2.4.1 懸臂梁熱致變形的主動抑制

2.4.2 懸臂梁動態形狀追蹤的主動控制

2.4.3 空間桅桿熱致變形的主動抑制

2.4.4 環形可展開天線熱致變形的主動抑制

2.5 本章小結

第3章 空間結構熱誘發振動的熱流主動控制

3.1 引論

3.2 熱一結構動力學狀態方程的建立

3.2.1 瞬態熱傳導狀態方程的建立

3.2.2 結構動力學狀態方程的建立

3.3 控制熱流的最優控制律設計

3.4 最優控制熱流的求解流程

3.5 熱誘發振動主動控制的數值算例

3.5.1 太陽能帆板熱誘發振動的主動控制

3.5.2 空間桅桿熱誘發振動的主動控制

3.5.3 空間反射面天線熱誘發振動的主動控制

3.6 本章小結

第4章 空間熱流作用下懸臂梁結構的熱顫振準則

4.1 引論

4.2 熱一結構耦合振動方程的建立

4.3 熱一結構耦合振動方程的近似求解

4.4 耦合熱誘發振動的穩定性分析與熱顫振準則

4.5 懸臂梁耦合熱誘發振動穩定性分析的數值算例

4.5.1 太陽熱流垂直懸臂梁軸線入射

4.5.2 懸臂梁軸線指向太陽

4.5.3 懸臂梁軸線指離太陽

4.6 本章小結

第5章 空間結構耦合熱誘發振動的穩定性分析與熱流主動控制

5.1 引論

5.2 空間結構的熱一結構耦合動力學分析

5.2.1 熱一結構耦合動力學方程的建立

5.2.2 耦合矩陣Bt的求解

5.2.3 熱一結構耦合動力學方程的求解

5.3 空間結構耦合熱誘發振動的穩定性分析

5.4 空間結構耦合熱誘發振動的熱流主動控制

5.5 耦合熱誘發振動的穩定性分析與主動控制的數值算例

5.5.1 哈勃望遠鏡太陽翼耦合熱誘發振動的穩定性分析

5.5.2 哈勃望遠鏡太陽翼耦合熱誘發振動的熱流主動控制

5.5.3 空間桅桿耦合熱誘發振動的熱流主動控制

5.6 本章小結

第6章 研究展望參考文獻 2100433B

本書圍繞熱致變形會降低空間天線反射面的形面精度、空間桅桿的指向精度，熱誘發振動會對航天器的姿態控制造成影響，而不穩定熱誘發振動的發生則可能使航天器整體失效，因此，大型柔性空間框架結構熱致響應的主動控制和熱誘發振動的穩定性分析成為現代航天器研制中亟待解決的兩個重要問題。進行介紹，本書提出了采用熱流驅動進行空間結構熱致變形主動控制和熱誘發主動控制的新型控制方法。