[发明专利]基于结构与控制相集成的雷达天线伺服系统设计方法

权利要求书

1.一种基于结构与控制相集成的雷达天线伺服系统设计方法，包括如下步骤：

(1)针对雷达天线伺服系统的具体控制要求选择合适的控制器；根据伺服系统的参考输入Y_d(t)、最低基频f₁、最大容许应力最大容许位移最大控制力或控制力矩τ_max、最大超调量ζ_max和最大调节时间设置伺服系统的初始结构参数d，以及伺服系统的初始控制增益系数p；

(2)建立t时刻在控制力或力矩驱动下的雷达天线伺服系统动力学模型：

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

式中，q(t)、和分别为在t时刻描述雷达天线伺服系统运动所选取的广义坐标、广义坐标的一阶导数和二阶导数，

M_d(t)为代表惯性力的系数矩阵，C_d(t)为代表哥氏离心力的系数矩阵，

U_d(t)为代表重力及弹性力的系数矩阵，

τ_p(t)为控制力或力矩；

(3)利用MATLAB软件对步骤(2)建立的动力学模型在时段(0，T₀)进行求解，得到此段时间伺服系统的实际输出Y(t)，控制力或力矩τ_p(t)及伺服系统在给定工况时伺服系统上指定节点的速度和加速度；

(4)根据结构设计参数及步骤(3)得到的控制力或力矩、速度、加速度，建立雷达天线伺服系统在给定工况下对应的结构有限元模型：

mjδ··j+cjδ·j+kjδj=τj]]>(j＝1，2，…，n₁)

式中，m_j、c_j和k_j分别为第j个工况伺服系统对应结构的质量、阻尼和刚度矩阵，δ_j和τ_j分别为第j个工况伺服系统对应结构的加速度、速度、位移及力或力矩列阵，n₁为在运动控制期间所选取的工况个数；

(5)利用ANSYS软件求解步骤(4)中建立的有限元模型，得到力学分析结果质量m、第j个工况下结构基频f_j、第j个工况下第e个单元应力σ_ej(e＝1，…，n₂)和第j个工况下第i个节点位移δ_ij(i＝1，…，n₃)，n₂和n₃分别为应力约束和位移约束总数；

(6)根据动力学分析结果Y(t)和力学分析结果质量m、应力σ_ej、位移δ_ij及结构基频f_j，建立优化数学模型：

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为表征结构质量要求的权值，其取值范围为0～1；

      λ₂为表征累积误差要求的权值，其取值范围为0～1，且λ₁+λ₂＝1；

      e(t)为跟踪误差，e(t)＝Y(t)-Y_d(t)；

      f₁为雷达天线伺服系统的基频，

f1=Σj=1n1fj2/n1;]]>

ζ和t_s分别为雷达天线伺服系统在(0，T₀)运动的超调量和调节时间，

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为Y(t)在运动控制期间的最大值；Y₀(t)为Y(t)的起始值；

V(t)为构造的Lyapunov函数，表示其一阶微分；

(7)利用数值优化算法求解步骤(6)的优化数学模型，如果满足该算法中的终止条件，则输出当前结构参数d和控制增益系数p，如果不满足则按该算法对当前的结构参数d和控制增益系数p进行修正，返回步骤(2)，直至满足终止条件结束。