过程装备与控制工程开题报告

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1、 毕业设计开题报告 学学 生生 姓姓 名：名： 学学 号：号： 学学 院院 、 系系 ： 机械工程与自动化学院、过程控制系 专专 业业 ： 过程装备与控制工程 设设 计计 题题 目：目： 大型空间天线展开过程控制系统设计 指 导 教 师指 导 教 师 : 黄晋英 年 月 日 毕毕 业业 设设 计计 开开 题题 报报 告告 1结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文 献综述： 文文 献献 综综 述述 一、 本课题的研究背景及意义 从上世纪六十年代中期以来，随着空间科学技术，如卫星通信技术、空间探索、地 球观测等技术的飞速发展，对空间天线的需求量与日剧增，对其各项技术指标

2、要求也越 来越高。由于空间可展开天线的尺寸不断增大、质量要求越来越轻，可展开天线的柔性 不可忽略， 具有柔性特征的大型空间可展开天线的展开控制系统不仅要求天线按预定轨 迹精确展开，同时还要求必须快速抑制天线的弹性振动 1。 二、 本课题国内外研究进展 大型空间天线的展开结构的展开过程主要借助于多体系统动力学的多年研究成果 2。外国学者早在 20 世纪 60 年代就开始了以空间天线为背景的展开过程控制系统进行 研究。 为了证明大型天线应用的可行性， NASA 的 langley 研究中心与 Harris 公司在 1980 年提出了环柱状天线展开的构想 3。 它包括一个可收缩展开的中心柱和预应力索

3、网组成。 其展开过程为：首先中心柱展开，之后在马达驱动下索网先进行第一步展开，最后通过 索网中的预应力实现最终的完全展开 4。 日本在 2003 年左右研制的大型可展开反射器（LDR）于 2006 年 12 月成功发射 5， 安装在发射的工程试验卫星（ETS-）上 6。与传统的大型反射器的设计、制作、组 装方法不同的是，LDR 采用新型的模块单元设计、这种模块单元尺寸十分精确，将各个 模块连接到一起可进行高精度的制作，调整。为保证每个单元的展开速度可控，同时保 证单元能够同步展开，采用步进电机来控制展开装置中索的长度变化。在整个结构中， 利用 4 个步进电机来控制 14 个单元的展开 7。 日

4、本学者 Hiroaki TSUNODA 等人在 1997 年发表的文章 8中， 设计了一种剪刀铰为基 本单元的大型可展开天线结构， 在天线的展开过程测试中使用了类似的通过步进电机来 控制索，以实现同步展开的装置。 国内，西北工业大学的李春贵等人 9对环形夫线的展开过程智能控制进行了研究， 谷文韬等人 10针对径射状可展天线的展开过程智能控制进行了研究。 两者都是基于环形 天线中的单个四边形单元进行给出了环形天线展开过程中驱动电机的最优输出力矩。 西 安电子科技大学的李团结等人 11针 对周边桁架天线的展开过程进行了分析。 通过对驱动 绳索实施有效的运动控制，可以使天线按照规划好的展开角的变化规

5、律平稳地展开。国 防科技大学航天与材料工程学院司洪伟， 李东旭对智能结构中致动器数目与位置进行优 化设计，采用最优控制理论研究智能结构振动控制机电一体化的建模过程 12。通过定义 输入能量相关矩阵，优化了致动器的数目，基于致动器的控制效能，给出了一种简单实 用的致动器位置配置方法， 最后针对智能悬臂梁和大型空间智能桁架结构的振动控制进 行了仿真 13。 三、空间大型可展开天线控制系统的发展 可展开天线是一个复杂的非线性时变结构，对其控制问题，目前所进行的研究还 不多见 14。由于可展开天线可以看作多柔体系统，故可以借鉴类似的多柔体系统的控制 方法进行研究 15。在多柔体系统中，研究最广泛最典型

6、的是柔性机械臂，它同样具有高 速、轻质、重载、大范围运动、定位精度要求高等特点，对于他的控制方法很多。既有 传统的控制方法如：PD 控制、反馈控制等；也有今年来发展起来的新型控制技术，如： 鲁棒控制、预测控制、非线性控制、变结构控制等；还有与神经网络、模糊逻辑、专家 系统相关的智能控制。这些方法控制的目的不同，使用的策略不同，控制效果也有很大 的区别 16-19。 传统的控制理论缺乏对非线性系统，未知动力学和环境参数系统的有效控制手段 20。虽然自适应控制在线性时不变系统的应用中取得了重大的进展，并有各种稳定的自 适应规则相继问世，但是对非线性系统的自适应控制研究还相当缓慢，由于许多自适应 规则的计算量大，使其实施应用碰到了巨大困难 21。为此，研究了一种控制系统。指基 于知识的专家系统、模糊控制、神经元网络控制及信息论等的控制方法，它主要应用于 参数不确定性和结构不确定性等复杂的系统及具有较大时间常数和较大纯滞后的复杂 线性系统和确定性系统。 参考文献参考文献： 1 罗鹰，