CN109241698A - 一种实现太阳翼调频作动器位置优化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现太阳翼调频作动器位置优化的方法，包括如下步骤：(1)根据太阳翼调频加载区域的范围，确定参数变化范围；(2)基于Nastran软件非线性静力分析模块生成一个施加作动器作用的计算工况文件；(3)通过Matlab中GA遗传算法修改Nastran生成的*.bdf文件信息，明确目标函数进行全局化搜索，最终获得最优化作动器布置位置。本发明基于MATALB中GA遗传算法调用修改Nastran生成的模型计算文件进行全局化搜索，由于遗传算法具有全局寻优的优势，同时利用NASTRAN计算能力，可以有效地确定太阳翼结构调频的最优位置，具有实际工程意义。

Description

一种实现太阳翼调频作动器位置优化的方法

技术领域

本发明涉及作动器优化方法技术领域，尤其是一种实现太阳翼调频作动器位置优化的方法。

背景技术

在卫星结构上，一般会配置微波成像仪结构，太阳翼的若干阶频率与微波成像仪有效载荷工作频率比较接近，可能会引起星体姿态的耦合振荡。为了避免出现太阳翼与微波成像仪之间发生耦合共振，可以通过布置作动器来实现太阳翼频率调节。

作动器布置的位置及数量等都会对结构的频率调节产生影响。针对给定的太阳翼结构，如何确定作动器布置最优的位置，以实现太阳翼调频的目的，已成为亟待解决的实际工程问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种实现太阳翼调频作动器位置优化的方法，能够有效地确定太阳翼结构调频的最优位置，具有实际工程意义。

为解决上述技术问题，本发明提供一种实现太阳翼调频作动器位置优化的方法，包括如下步骤：

(1)根据太阳翼调频加载区域的范围(作动器加载的区域)，确定参数变化范围；

(2)基于Nastran软件非线性静力分析模块生成一个施加作动器作用的计算工况文件；

(3)通过Matlab中GA遗传算法修改Nastran生成的*.bdf文件信息，明确目标函数进行全局化搜索，最终获得最优化作动器布置位置。

优选的，步骤(1)中，根据太阳翼调频加载区域的范围，确定参数变化范围具体包括以下步骤：

(11)根据太阳翼实际可加载的区域，确定位置参数范围：

其中(x,y,z)为作动器起始布置位置坐标，x_lb,x_ub为x方向的范围的上下界，y_lb,y_ub为y方向的范围的上下界，太阳翼在xy平面内，故z为常值；

(12)假定作动器的数量为n，作动器作用外力为F，确定其他参数范围，考虑作动器布置的角度影响，由于制造工艺的限制，作动器布置的角度(即与x抽的夹角)在离散数值中选取：

α∈D＝{α¹,α²,…,α^k} (2)

其中D表示有k个离散角度变量所属的离散数集，α为所取的角度变量。

优选的，步骤(2)中，基于Nastran软件非线性静力分析模块生成一个施加作动器作用的计算工况文Origin.bdf，提交计算确定结构初始基频w₀。

优选的，步骤(3)中，通过Matlab中GA遗传算法修改Nastran生成的*.bdf文件信息，明确目标函数进行全局化搜索，最终获得最优化作动器布置位置具体包括以下步骤：

(31)确定每次迭代种群的个体数量为m；

(32)每个个体对应n个作动器，根据公式(1)给定约束范围，随机生成n个起始点，分别为(x_i，y_i，z₀),其中i依次取1,2到n；

(33)针对步骤(32)中的每个作动器，根据公式(2)的范围，随机生成相应的角度值α，由于确定坐动器的位置需要二个点，由起始点坐标信息，其对应的角度信息，可以获得对应作动器的末端坐标信息，公式如下

其中，l为作动器的长度；

(34)由于施加作动器的机理是在结构上施加预紧力，故需要确定作动器作用的网格节点位置，基于MATLAB软件读取Origin.bdf文件信息，将太阳翼有限元模型的网格节点坐标与上述作动器起始点坐标匹配，确定节点起始点编号为N1，末端起始点编号N2，通过修改上述*.bdf文件，更改作动器作用力的节点编号实现新工况的生产，并提交Nastran计算读取现有结构的基频w_j，j范围为1，2，…,m；

(35)定义目标函数为：

基于MATLAB中的GA遗传算法调用NASTRAN软件，通过上述方法，实现全局化搜索，实现最优化的作动器位置布置，当R达到最小时，即w_j达到最大值，作动器布置的位置可以最大程度提高结构的基频，避免太阳翼与成像仪发生耦合共振。

本发明的有益效果为：本发明基于MATALB中GA遗传算法调用修改Nastran生成的模型计算文件进行全局化搜索，由于遗传算法具有全局寻优的优势，同时利用NASTRAN计算能力，可以有效地确定太阳翼结构调频的最优位置，具有实际工程意义。

附图说明

图1为本发明的太阳翼有限元模型及作动器布置可加载区域示意图。

图2为本发明的作动器布置加载目标值收敛曲线示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

本实施例采用单板太阳翼验证，如图1所示，假定虚线框为作动器可加载区域，太阳翼的尺寸大小为0.4×0.64m，包括以下步骤：

步骤1，根据太阳翼调频加载区域的范围(作动器加载的区域)，确定参数变化范围；

11)根据太阳翼实际可加载的区域，确定位置参数范围：

其中(x,y,z)为作动器起始布置位置坐标，0与0.31为x方向的范围的上下界，-1.01与-0.7为y方向的范围的上下界，太阳翼在xy平面内，故z为常值。

12)假定作动器的数量为1，作动器作用外力为20N。确定其他参数范围，考虑作动器布置的角度影响，由于制造工艺的限制，作动器布置的角度(即与x抽的夹角)在离散数值中选取，此处作动器布置的角度统一定义为α＝0°。

步骤2，基于Nastran软件非线性静力分析模块生成一个施加作动器作用的计算l工况文件，提取计算确定结构初始基频w₀＝1.463Hz。

步骤3，通过Matlab中GA遗传算法修改Nastran生成的*.bdf文件信息，明确目标函数进行全局化搜索，最终获得最优化作动器布置位置。

31)确定每次迭代种群的个体数量为10。

32)每个个体对应1个作动器，根据公式(1)给定约束范围，随机生成1个起始点，分别为(x_i，y_i，z₀)。

33)针对步骤(32)中的每个作动器，根据公式(2)的范围，随机生成相应的角度值α。由于确定坐动器的位置需要二个点，由起始点坐标信息，其对应的角度信息，可以获得对应作动器的末端坐标信息，公式如下

其中，l＝0.05m为作动器的长度。

34)由于施加作动器的机理是在结构上施加预紧力，故需要确定作动器作用的网格节点位置。基于Matlab软件读取Origin.bdf文件信息，将太阳翼有限元模型的网格节点坐标与上述作动器起始点坐标匹配，确定节点起始点编号为N1，末端起始点编号N2。通过修改上述*.bdf文件，更改作动器作用力的节点编号生产新的工况文件，并提交Nastran计算读取现有结构的基频w_j(j范围为1，2，…,10)。

35)定义目标函数为：

基于MATLAB中的GA遗传算法调用NASTRAN软件，通过上述方法，可以实现全局化搜索，可以实现最优化的作动器位置布置，当R达到最小时，即w_j达到最大值，作动器布置的位置可以最大程度提高结构的基频，避免太阳翼与成像仪发生耦合共振，结构收敛曲线如图2所示，在第10代的时候达到受凉，R＝0.7631，即作动器布置在节点(0，-0.79，1.44)与(0，-0.75，1.44)上，此时结构的基频达到最大为1.92Hz。

本发明基于MATALB中GA遗传算法调用修改Nastran生成的模型计算文件进行全局化搜索，由于遗传算法具有全局寻优的优势，同时利用NASTRAN计算能力，可以有效地确定太阳翼结构调频的最优位置，具有实际工程意义。

Claims (4)

1.一种实现太阳翼调频作动器位置优化的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据太阳翼调频加载区域的范围，确定参数变化范围；

(2)基于Nastran软件非线性静力分析模块生成一个施加作动器作用的计算工况文件；

(3)通过Matlab中GA遗传算法修改Nastran生成的*.bdf文件信息，明确目标函数进行全局化搜索，最终获得最优化作动器布置位置。

2.如权利要求1所述的实现太阳翼调频作动器位置优化的方法，其特征在于，步骤(1)中，根据太阳翼调频加载区域的范围，确定参数变化范围具体包括以下步骤：

(11)根据太阳翼实际可加载的区域，确定位置参数范围：

其中(x,y,z)为作动器起始布置位置坐标，x_lb,x_ub为x方向的范围的上下界，y_lb,y_ub为y方向的范围的上下界，太阳翼在xy平面内，故z为常值；

(12)假定作动器的数量为n，作动器作用外力为F，确定其他参数范围，考虑作动器布置的角度影响，由于制造工艺的限制，作动器布置的角度即与x抽的夹角在离散数值中选取：

α∈D＝{α¹,α²,…,α^k} (2)

其中D表示有k个离散角度变量所属的离散数集，α为所取的角度变量。

3.如权利要求1所述的实现太阳翼调频作动器位置优化的方法，其特征在于，步骤(2)中，基于Nastran软件非线性静力分析模块生成一个施加作动器作用的计算工况文Origin.bdf，提交计算确定结构初始基频w₀。

4.如权利要求1所述的实现太阳翼调频作动器位置优化的方法，其特征在于，步骤(3)中，通过Matlab中GA遗传算法修改Nastran生成的*.bdf文件信息，明确目标函数进行全局化搜索，最终获得最优化作动器布置位置具体包括以下步骤：

(31)确定每次迭代种群的个体数量为m；

(32)每个个体对应n个作动器，根据公式(1)给定约束范围，随机生成n个起始点，分别为(x_i，y_i，z₀),其中i依次取1,2到n；

(33)针对步骤(32)中的每个作动器，根据公式(2)的范围，随机生成相应的角度值α，由于确定坐动器的位置需要二个点，由起始点坐标信息，其对应的角度信息，获得对应作动器的末端坐标信息，公式如下

其中，l为作动器的长度；

(34)由于施加作动器的机理是在结构上施加预紧力，故需要确定作动器作用的网格节点位置，基于MATLAB软件读取Origin.bdf文件信息，将太阳翼有限元模型的网格节点坐标与上述作动器起始点坐标匹配，确定节点起始点编号为N1，末端起始点编号N2，通过修改上述*.bdf文件，更改作动器作用力的节点编号实现新工况的生产，并提交Nastran计算读取现有结构的基频w_j，j范围为1，2，…,m；

(35)定义目标函数为：

基于MATLAB中的GA遗传算法调用NASTRAN软件，通过上述方法，实现全局化搜索，实现最优化的作动器位置布置，当R达到最小时，即w_j达到最大值，作动器布置的位置可以最大程度提高结构的基频，避免太阳翼与成像仪发生耦合共振。