[發(fā)明專利]一種考慮在軌熱環(huán)境的星載網(wǎng)狀可展開天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610048548.2
• 申請(qǐng)日: 2016-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN105740517B
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張逸群;謝靚;李軍;楊東武;李申;楊癸庚;朱日升;丁波;李娜;方棟;谷永振;姜文明;秦東賓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種考慮在軌熱環(huán)境的星載網(wǎng)狀可展開天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，在滿足反射面精度與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束的條件下，通過(guò)設(shè)計(jì)索單元放樣長(zhǎng)度和索-桁橫截面尺寸，實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)重量最輕，其特征在于，所述考慮在軌熱環(huán)境的星載網(wǎng)狀可展開天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法包括：

步驟一，定初始點(diǎn)x⁰，收斂精度ξ和索網(wǎng)應(yīng)變下限α，其中n₁為組合結(jié)構(gòu)索單元數(shù)目，n₂和n₃分別為索單元和桁架單元橫截面尺寸；

步驟二，在第R次平衡狀態(tài)的基礎(chǔ)上，確定第R次迭代時(shí)索應(yīng)變關(guān)于設(shè)計(jì)變量的梯度向量▽g_e(x^R)、應(yīng)力關(guān)于設(shè)計(jì)變量的梯度向量▽h_e(x^R)、精度關(guān)于設(shè)計(jì)變量的梯度向量▽D(x^R)及目標(biāo)函數(shù)關(guān)于設(shè)計(jì)變量的梯度向量▽W(xué)(x^R)；

步驟三，采用如下的優(yōu)化模型來(lái)求解第R次的設(shè)計(jì)變量修正量：

q_p(δx_p,δx_pmin,δx_pmax)≤0,(p＝1,2,···,n₁+n₂+2n₃)；

其中，為第R次的設(shè)計(jì)變量修正量，W(x^R)為第R次的系統(tǒng)重量，g_e(x^R)為第R次的索應(yīng)變，h_e(x^R)為第R次的應(yīng)力，D(x^R)為第R次的精度，q_p表示上下限約束，即δx_pmin≤δx_p≤δx_pmax；

步驟四，第R次迭代后的設(shè)計(jì)變量修正為x^R+1＝x^R+λ·δx^R，其中，步長(zhǎng)因子λ滿足0＜λ≤1；

步驟五，重復(fù)該過(guò)程，直到得到最優(yōu)解，滿足給定的收斂條件。

2.如權(quán)利要求1所述的考慮在軌熱環(huán)境的星載網(wǎng)狀可展開天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟一中最初平衡參考構(gòu)型的確定包括：

純索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包括：

對(duì)純索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，索單元總數(shù)為n，自由節(jié)點(diǎn)總數(shù)為m，初步設(shè)計(jì)時(shí)使索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)均位于其標(biāo)稱位置上，則網(wǎng)面節(jié)點(diǎn)的平衡方程為：

AT＝0；

其中，T為各索段張力組成的n×1向量，矩陣A∈R^3m×n為索網(wǎng)的平衡矩陣；每個(gè)索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)q和索段j對(duì)應(yīng)矩陣A中的一個(gè)3×1分塊A_qj；當(dāng)索段j與節(jié)點(diǎn)q相連時(shí)，A_qj為從該節(jié)點(diǎn)出發(fā)，沿索段j方向的單位列向量；當(dāng)索段j不與節(jié)點(diǎn)q相連時(shí)，A_qj為3×1零向量；

對(duì)于索網(wǎng)反射面，式AT＝0是欠定，存在多組張力模態(tài)，確定出一組滿足給定設(shè)計(jì)要求且張力狀態(tài)最均勻的初始張力；所用方法如下：

由矩陣論可知，滿足式AT＝0的張力T表示為：

T＝null(A)×α；

式中null(A)為矩陣A的零空間，α為相應(yīng)的系數(shù)向量；使用如下優(yōu)化模型來(lái)確定索網(wǎng)張力狀態(tài)：

Findα＝[α₁,α₂,…]^T

S.T.T≥γ；

式中，為由索段張力均值構(gòu)成的向量，且同一組的索段具有相同的均值；γ為允許的張力下限；

當(dāng)在給定位置上平衡的索段張力確定后，便得到對(duì)應(yīng)的索段放樣長(zhǎng)度，對(duì)應(yīng)第j根索段，對(duì)應(yīng)的放樣長(zhǎng)度為：

其中，L_j為索段張拉變形后的長(zhǎng)度，ε_j＝T_j/(EA)_j為索段的應(yīng)變，其中T_j為索段張力，(EA)_j為索段的軸向拉伸剛度；

天線結(jié)構(gòu)最初平衡參考構(gòu)型的確定包括：

利用確定的索段張力作為初始張力來(lái)求解天線整體結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)，該狀態(tài)即為天線的最初平衡參考構(gòu)型。

3.如權(quán)利要求1所述的考慮在軌熱環(huán)境的星載網(wǎng)狀可展開天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟二確定索應(yīng)變關(guān)于設(shè)計(jì)變量的梯度向量▽g_e(x^R)、應(yīng)力關(guān)于設(shè)計(jì)變量的梯度向量▽h_e(x^R)、精度關(guān)于設(shè)計(jì)變量的梯度向量▽D(x^R)及目標(biāo)函數(shù)關(guān)于設(shè)計(jì)變量的梯度向量▽W(xué)(x^R)的過(guò)程是：

基于非線性有限元采用差分法來(lái)求解梯度信息，從給定的平衡狀態(tài)進(jìn)行分析，此時(shí)索段j(j＝1,2,…,n₁)的應(yīng)變?yōu)棣?Sub>0j，單元j(j＝1,2,…,NUE)的應(yīng)力為σ_0j，節(jié)點(diǎn)i(i＝1,2,…,NUN)的位置為z_0i；每次單獨(dú)給第j個(gè)設(shè)計(jì)變量施加一個(gè)變量增量Δx_0j，進(jìn)行靜力學(xué)分析得到新的平衡狀態(tài)下的應(yīng)變?chǔ)?Sub>j、應(yīng)力σ_j及位置z_i；由差分法得到梯度向量；即有：