CN112436283B - 一种环形天线结构的双模态悬吊装置及调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地面悬吊技术领域，具体涉及一种环形天线结构的双模态悬吊装置及调整方法。其具有结构轻巧，悬吊稳定，互不干涉，安全可靠的特点。该装置由拉绳，吊架，压力传感器，螺栓，压力显示器，激光位移计，控制器，系统辨识工具，激振器，支架等组成；针对不同模态振动的特性，拉绳或吊绳一端缠绕环形天线结构节点处的螺栓，一端连接压力传感器；压力传感器固定于吊架或支架，并与压力显示器连接；激光位移计连接控制器，控制器连接激振器，并与系统辨识工具连接；本发明通过不同的悬吊方式实现环形天线结构的双模态振动，并能够实时调整结构参数。本发明双模态悬吊装置，具有结构轻巧，悬吊稳定，互不干涉，安全可靠的特点。
Description
技术领域
本发明涉及地面悬吊技术领域，具体涉及一种环形天线结构的双模态悬吊装置及调整方法。
背景技术
环形可展开索网天线是一种展开结构比较复杂的环形天线，它主要由可展开桁架、索网、反射面等部分组成，这种可展开天线具有收拢尺寸小，展开尺寸大的结构特点，并具有频带宽、覆盖面广、分辨率和传输率高等优点，其广泛应用于各种通信卫星、侦查卫星、遥感卫星、探测卫星等，目前国内外都具有几十米到上百米口径的超大型天线。
卫星天线工作在太空失重环境中，在发射前进行地面试验时，由于重力的作用，结构会产生严重的静态变形，影响天线的静力学和动力学特性。针对这一问题，重力卸载或低重力模拟是地面试验的前提条件。对于环形天线结构，已知前两阶模态为“摇头”和“点头”模态，现有悬吊装置可以实现悬吊后的“摇头”模态和“点头”模态，但是一般存在相互耦合或者一种模态难以实现的问题。
因此，如何设计地面悬吊装置且解耦不同模态的实现是一个亟待解决的关键技术难题。
发明内容
本发明为解决卫星环形天线结构双模态振动解耦问题，提供一种环形天线结构的双模态悬吊装置及调整方法，其具有结构轻巧，悬吊稳定，互不干涉，安全可靠的特点。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种环形天线结构的双模态悬吊装置，其特征在于：包括环形天线、拉绳、吊架、压力传感器、压力显示器、激光位移计、控制器、系统辨识工具、激振器、吊绳和支架组成，
环形天线环面正放或者环面侧放；
环形天线环面正放时，吊架平行设置于环形天线上端，两者通过若干个均布设置的拉绳连接，每根拉绳的顶部吊架上设置有压力传感器；
环形天线环面侧放时，环形天线的上半圆周上通过吊绳连接于支架上，每根吊绳的顶部支架上设置有压力传感器；
每个压力传感器分别与压力显示器连接；
所述的控制器分别与激光位移计、激振器、系统辨识工具连接，激振器激励环形天线结构振动。
进一步，拉绳或吊绳与环形天线通过螺栓连接。
进一步，拉绳的长度均相等，吊绳不同高度节点处的长度均不相等，具体长度通过静力学分析和计算，并通过螺栓微调。
进一步，压力传感器包括传感器单元与传感器壳体。
一种环形天线结构的双模态悬吊装置的调整方法步骤为：
环形天线展开后，对于“摇头”模态，先通过静力学分析粗调水平状态，再通过测量对称节点处传感器单元与传感器壳体之间的压力，即由节点处的拉力微调螺栓使压力值相等，则结构水平；
对于“点头”模态，先通过静力学分析粗调平衡状态，再通过相同高度节点处测量传感器单元与传感器壳体之间的压力，即由节点处的拉力微调螺栓使压力值相等，则结构平衡，同时，对于不同模态振动，控制器输出激励信号到激振器使环形天线结构振动，通过激光位移计测量不同振动方向的响应信号，输入控制器，再输入系统辨识工具进行参数辨识，得到固有频率，并与有限元计算、无悬吊时振动测试的结果对比，再调整悬吊点的设置方式，拉绳和吊绳的长度参数，并与螺栓微调方式配合，最终得到准确的悬吊装置模型。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1)本发明装置采用不同的悬吊方式能够分别实现环形天线结构的“摇头”模态和“点头”模态，悬吊造成的附加约束影响较小，结构紧凑轻巧，悬吊状态稳定，模态互不干涉，有效实现环形天线结构的悬吊功能；
2)本发明采用压力传感器精确实时测量压力大小即每个悬吊绳拉力大小，也就是悬吊点等效重力大小；根据压力值，微调螺栓使压力值相等，保证环形天线结构不同悬吊状态的水平，具有实时精确测量和调整的优点；
3)本发明采用激光位移计测量不同振动方向的响应信号，再系统辨识工具进行参数辨识，得到固有频率，并与其它结果进行分析和对比，进一步优化悬吊方式，具有高可靠性及纠错优化功能。
附图说明
图1为本发明“摇头”模态下结构示意图；
图2为本发明“点头”模态下结构示意图；
图3为螺栓示意图；
图4为静力学分析示意图；其中a为“摇头”模态静力学分析示意图；b为“点头”模态静力学分析示意图；
附图标记说明如下：1-环形天线，2-拉绳，3-吊架，4-压力传感器，4-1-传感器单元，4-2-传感器外壳，5-螺栓，6-压力显示器，7-激光位移计，8-控制器，9-系统辨识工具，10-激振器，11-吊绳，12-支架。
具体实施方式：
下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地描述。
实施例一：本实施例在“摇头”模态下如图1所示，包括环形天线1，拉绳2，吊架3，压力传感器4，螺栓5，压力显示器6，激光位移计7，控制器8，系统辨识工具9，激振器10。
上述环形天线1环面正放，悬吊点水平，数根拉绳2一端缠绕于环形天线1节点处的螺栓上5，一端连接压力传感器4，拉绳3与螺栓5的数量根据节点数目确定；所述压力传感器4包括传感器单元4-1与传感器壳体4-2，固定于吊架3，并与压力显示器6连接，压力传感器4的数量与拉绳3的数量一致。
上述激光位移计7连接控制器8，控制器8连接激振器10，并与系统辨识工具9连接。
上述拉绳2的长度l1i均相等，具体长度通过静力学分析和计算，并通过螺栓5微调绳子的长度。
上述环形天线1节点水平位置通过压力传感器4的数值判断，对称节点处拉力相等，即Fir＝Fil，环形天线结构1振动时，传感器单元4-1始终压紧传感器4-2外壳，不存在上下移动。
实施例二：本实施例在“点头”模态下如图2所示，包括环形天线1，压力传感器4，螺栓5，压力显示器6，激光位移计7，控制器8，系统辨识工具9，激振器10，吊绳11，支架12。
上述环形天线1环面侧放，悬吊点有高度差，数根吊绳11一端缠绕于上半圆周的环形天线1节点处的螺栓上5，一端连接压力传感器4，吊绳11与螺栓5的数量根据节点数目确定；所述压力传感器4包括传感器单元4-1与传感器壳体4-2，固定于支架12，并与压力显示器6连接，压力传感器4的数量与吊绳11的数量一致。
上述吊绳11不同高度节点处的长度l2i均不相等，具体长度通过静力学分析和计算，并通过螺栓5微调绳子的长度。
上述环形天线1节点水平位置通过压力传感器4的数值判断，相同高度节点处拉力相等，即Fir＝Fil；环形天线结构1振动时，传感器单元4-1始终压紧传感器4-2外壳，不存在上下移动。
一种环形天线结构的双模态悬吊装置的调整方法如图3和图4所示：
环形天线1展开后，各节点未必水平，对于“摇头”模态，先通过静力学分析粗调水平状态，即由Fnd＝M2d/2，得到远端节点处Fn的理论值，与压力显示器6的测量值比较，并记录此时提升高度Δy，标定水平状态；再通过测量对称节点处传感器单元4-1与传感器壳体4-2之间的压力，即由节点处的拉力微调螺栓5使压力值相等，则结构水平。
对于“点头”模态，先通过静力学分析粗调水平状态，即由Fill＝(M2+M2)l’，得到远端节点处Fil的理论值，与压力显示器6的测量值比较，并记录此时提升高度Δx，标定平衡状态；再通过测量相同高度节点处传感器单元4-1与传感器壳体4-2之间的压力，即由节点处的拉力微调螺栓5使压力值相等，则结构平衡，且悬吊伸展臂中间的绳长和拉力F1也都能确定。同时，对于不同模态振动，在控制器8中事先编好激励程序，控制器8输出激励信号到激振器10使环形天线结构1振动，通过激光位移计7测量不同振动方向的响应信号，输入控制器8，控制器8中事先编好数据采集程序，再输入系统辨识工具9进行参数辨识，控制器8一般选用dSPACE控制器，系统辨识工具9一般采用matlab系统辨识工具箱SystemIdentification，对输入和输出数据进行估计和辨识，得到固有频率，并与有限元计算、无悬吊时振动测试的结果对比，再调整悬吊点的数量等设置方式，拉绳2和吊绳11的长度等参数，并与螺栓5微调方式配合，使其在有限的绳长实现模态参数准确，最终得到准确的悬吊装置模型。
Claims (2)
1.一种环形天线结构的双模态悬吊装置，其特征在于：包括环形天线(1)、拉绳(2)、吊架(3)、压力传感器(4)、压力显示器(6)、激光位移计(7)、控制器(8)、系统辨识工具(9)、激振器(10)、吊绳(11)和支架(12)组成，环形天线(1)环面正放或者环面侧放；
环形天线(1)环面正放时为“摇头"模态，吊架(3)平行设置于环形天线上端，两者通过若干个均布设置的拉绳(2)连接，每根拉绳(2)的顶部吊架(3)上设置有压力传感器(4)；
环形天线(1)环面侧放时为“点头”模态，环形天线的上半圆周上通过吊绳(11)连接于支架(12)上，每根吊绳(11)的顶部支架上设置有压力传感器(4)；
每个压力传感器(4)分别与压力显示器(6)连接；
所述的拉绳(2)或吊绳(11)与环形天线(1)通过螺栓(5)连接；
所述的压力传感器(4)包括传感器单元(4-1)与传感器壳体(4-2)；
所述的控制器(8)分别与激光位移计(7)、激振器(10)、系统辨识工具(9)连接，激振器(10)激励环形天线(1)振动；
所述拉绳(2)的长度均相等，吊绳(11)不同高度节点处的长度均不相等，具体长度通过静力学分析和计算，并通过螺栓(5)微调。
2.如权利要求1所述的一种环形天线结构的双模态悬吊装置的调整方法，其特征在于：步骤为：
环形天线(1)展开后，对于“摇头”模态，先通过静力学分析粗调水平状态，再通过测量对称节点处传感器单元(4-1)与传感器壳体(4-2)之间的压力，即由节点处的拉力微调螺栓(5)使压力值相等，则结构水平；
对于“点头”模态，先通过静力学分析粗调平衡状态，再通过相同高度节点处测量传感器单元(4-1)与传感器壳体(4-2)之间的压力，即由节点处的拉力微调螺栓(5)使压力值相等，则结构平衡，同时，对于不同模态振动，控制器(8)输出激励信号到激振器(10)使环形天线 (1)振动，通过激光位移计(7)测量不同振动方向的响应信号，输入控制器(8)，再输入系统辨识工具(9)进行参数辨识，得到固有频率，并与有限元计算、无悬吊时振动测试的结果对比，再调整悬吊点的设置方式，拉绳(2)和吊绳(11)的长度参数，并与螺栓(5)微调方式配合，最终得到准确的悬吊装置模型。
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