[發(fā)明專利]基于結(jié)構(gòu)與控制相集成的雷達(dá)天線伺服系統(tǒng)設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010214615.6
• 申請日: 2010-06-30
• 公開（公告）號: CN101887240A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段寶巖;李素蘭;黃進(jìn);張逸群
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G05B17/00
• 分類號: G05B17/00
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種基于結(jié)構(gòu)與控制相集成的雷達(dá)天線伺服系統(tǒng)設(shè)計方法，包括如下步驟：

(1)針對雷達(dá)天線伺服系統(tǒng)的具體控制要求選擇合適的控制器；根據(jù)伺服系統(tǒng)的參考輸入Y_d(t)、最低基頻f₁、最大容許應(yīng)力最大容許位移最大控制力或控制力矩τ_max、最大超調(diào)量ζ_max和最大調(diào)節(jié)時間設(shè)置伺服系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)參數(shù)d，以及伺服系統(tǒng)的初始控制增益系數(shù)p；

(2)建立t時刻在控制力或力矩驅(qū)動下的雷達(dá)天線伺服系統(tǒng)動力學(xué)模型：

Md(t)q··(t)+Cd(t)q·(t)+Ud(t)q(t)=τp(t)]]>

式中，q(t)、和分別為在t時刻描述雷達(dá)天線伺服系統(tǒng)運(yùn)動所選取的廣義坐標(biāo)、廣義坐標(biāo)的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)，

M_d(t)為代表慣性力的系數(shù)矩陣，C_d(t)為代表哥氏離心力的系數(shù)矩陣，

U_d(t)為代表重力及彈性力的系數(shù)矩陣，

τ_p(t)為控制力或力矩；

(3)利用MATLAB軟件對步驟(2)建立的動力學(xué)模型在時段(0，T₀)進(jìn)行求解，得到此段時間伺服系統(tǒng)的實際輸出Y(t)，控制力或力矩τ_p(t)及伺服系統(tǒng)在給定工況時伺服系統(tǒng)上指定節(jié)點的速度和加速度；

(4)根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)及步驟(3)得到的控制力或力矩、速度、加速度，建立雷達(dá)天線伺服系統(tǒng)在給定工況下對應(yīng)的結(jié)構(gòu)有限元模型：

mjδ··j+cjδ·j+kjδj=τj]]>(j＝1，2，…，n₁)

式中，m_j、c_j和k_j分別為第j個工況伺服系統(tǒng)對應(yīng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣，δ_j和τ_j分別為第j個工況伺服系統(tǒng)對應(yīng)結(jié)構(gòu)的加速度、速度、位移及力或力矩列陣，n₁為在運(yùn)動控制期間所選取的工況個數(shù)；

(5)利用ANSYS軟件求解步驟(4)中建立的有限元模型，得到力學(xué)分析結(jié)果質(zhì)量m、第j個工況下結(jié)構(gòu)基頻f_j、第j個工況下第e個單元應(yīng)力σ_ej(e＝1，…，n₂)和第j個工況下第i個節(jié)點位移δ_ij(i＝1，…，n₃)，n₂和n₃分別為應(yīng)力約束和位移約束總數(shù)；

(6)根據(jù)動力學(xué)分析結(jié)果Y(t)和力學(xué)分析結(jié)果質(zhì)量m、應(yīng)力σ_ej、位移δ_ij及結(jié)構(gòu)基頻f_j，建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型：

findd,pMinH=λ1·m+λ2∫0T0e2(t)dts.t.f1≥f1‾,σej≤σ‾,δij≤δ‾,ζ≤ζmax,ts≤ts+,V·(t)≤0]]>

式中，λ₁為表征結(jié)構(gòu)質(zhì)量要求的權(quán)值，其取值范圍為0～1；

??????λ₂為表征累積誤差要求的權(quán)值，其取值范圍為0～1，且λ₁+λ₂＝1；

??????e(t)為跟蹤誤差，e(t)＝Y(jié)(t)-Y_d(t)；

??????f₁為雷達(dá)天線伺服系統(tǒng)的基頻，

f1=Σj=1n1fj2/n1;]]>

ζ和t_s分別為雷達(dá)天線伺服系統(tǒng)在(0，T₀)運(yùn)動的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間，

ζ=Y(t)max-Yd(t)Yd(t)-Y0(t)×100%,]]>

ts={t0|t≥t0,|Y(t)-Yd(t)Y(t)-Y0(t)|≤5%}min,]]>

Y(t)_max為Y(t)在運(yùn)動控制期間的最大值；Y₀(t)為Y(t)的起始值；

V(t)為構(gòu)造的Lyapunov函數(shù)，表示其一階微分；

(7)利用數(shù)值優(yōu)化算法求解步驟(6)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，如果滿足該算法中的終止條件，則輸出當(dāng)前結(jié)構(gòu)參數(shù)d和控制增益系數(shù)p，如果不滿足則按該算法對當(dāng)前的結(jié)構(gòu)參數(shù)d和控制增益系數(shù)p進(jìn)行修正，返回步驟(2)，直至滿足終止條件結(jié)束。