一种大型天线抗风扰自适应补偿方法技术

本发明专利技术涉及一种大型天线抗风扰自适应补偿方法，其特征是至少包括：步骤101：建立天线位置处较为准确的随机风载荷模型；步骤102：建立面向控制的包含天线柔性信息的模型；步骤103：通过对所建风模型和天线模型进行仿真，得出天线柔性振荡信息，并计算指向误差；步骤104：根据卡尔曼滤波方式，对该指向误差进行一步预测，预测时间为电机的惯性时间常数与滤波器的惯性时间常数之和；步骤105：设计低通滤波器，并求得天线模型和电机减速器模型的传递函数，对预测值进行反推计算，求得前馈控制信号；步骤106：将所得前馈控制电压前馈给控制系统，使被控模型产生刚性转角抵消由于柔性振荡带来的指向误差。该方法提高了天线的指向精度、天线电性能和工作效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，其特征是至少包括：步骤101：建立天线位置处较为准确的随机风载荷模型；步骤102：建立面向控制的包含天线柔性信息的模型；步骤103：通过对所建风模型和天线模型进行仿真，得出天线柔性振荡信息，并计算指向误差；步骤104：根据卡尔曼滤波方式，对该指向误差进行一步预测，预测时间为电机的惯性时间常数与滤波器的惯性时间常数之和；步骤105：设计低通滤波器，并求得天线模型和电机减速器模型的传递函数，对预测值进行反推计算，求得前馈控制信号；步骤106：将所得前馈控制电压前馈给控制系统，使被控模型产生刚性转角抵消由于柔性振荡带来的指向误差。该方法提高了天线的指向精度、天线电性能和工作效率。【专利说明】
本专利技术涉及天线
，尤其是。
技术介绍
大型反射面天线以其照射效率高和边缘漏射低等优点，被广泛应用于卫星通讯、深空探索等领域，然而大型反射面天线指向控制器设计指标要求较高，我国“萤火工程” 65米口径天线，其指向精度要求误差小于0.01°，只有指向精度满足要求，才能发挥天线口径效率，而随着天线口径的不断增大，随之带来的阵风扰动引起指向不准问题将变得越来越严重，指向偏差导致天线电性能变差，又会降低工作效率。当然随着天线工况的不同，这种影响也会随之变化。对于如何降低阵风扰动对天线指向控制的影响，除了需要建立准确的包含柔性信息的天线结构模型、准确的风扰模型外也需要适合该模型的控制方法。目前在国内外对风扰造成的指向误差补偿算法主要有以下几种:(I)通过达文波特功率谱，将随机风扰转化为随机力，并将该风力等效为三种方法加入天线伺服闭环控制系统，三种方法分别为加载在结构上的力，加载在电机轴处的力矩，和加载在速度环处的速度，通过闭环控制，在一定程度上解决了随机风扰对伺服系统的影口向 ° 如在 WodekGawronsk1.Threemode I sofwind-gustdisturbancesfortheanalysisof antenna pointingaccuracy, IPNProgressReport42-149, Mayl5, 2002 中就是用此种方法。(2)通过分析伺服系统中速度控制器和位置控制器对风载干扰的改善能力，在保证稳定的前提先，通过改变各控制器参数提高系统增益来加大伺服系统的刚度，从而达到对风扰有一定的抑制效果。如在柳光乾等，一米太阳望远镜风载对伺服系统的影响及控制，光电工程，2011,38(6):50-58中采用的就是这种方法。(3)主要通过分析了不同频域的风对天线转轴处及天线指向的影响，通过光学仪器测得在具体平均风速下，在不同风向和不同反射面位置处，该风造成的天线指向偏差，并建立图表，通过查表法对指向偏差进行平均补偿。如在NobuharuUkita,ffind-1nducedpointingerrorsandsurfacedeformationofa 10-msubmiIIimeterantenna, ConferenceonGround-BasedandAirborne Telescopes, SanDiego, CA, 2010 中有所报导。然而对于控制风扰所产生的指向误差，现有的方法要么都基于将刚性转角视为指向输出，而并未考虑对柔性振动的控制，大大降低了误差补偿准确率；要么利用光学仪器对不同风向，不同反射面角度工况下，测试大量指向误差数据来建立表格，工作量大、效率低，且给予的补偿只是平均值，虽在一定程度上减小指向误差，但效果有限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，即基于Kalman滤波的方式预测天线在风扰作用下的柔性振动，并进行前馈补偿的方法，提高了天线的指向精度，提高天线电性能和工作效率。本专利技术的目的是这样实现的，，其特征是至少包括如下步骤:步骤101:建立天线位置处较为准确的随机风载荷模型；步骤102:建立面向控制的包含天线柔性信息的模型；步骤103:通过对所建风模型和天线模型进行仿真，得出天线柔性振荡信息，并计算指向误差；步骤104:根据卡尔曼滤波方式，对该指向误差进行一步预测，预测时间为电机的惯性时间常数与滤波器的惯性时间常数之和；步骤105:设计低通滤波器，并求得天线模型和电机减速器模型的传递函数，对预测值进行反推计算，求得前馈控制信号；步骤106:将所得前馈控制电压前馈给控制系统，使被控模型产生刚性转角抵消由于柔性振荡带来的指向误差。所述步骤101:根据天线位置，周围环境建立随机风载荷，建立过程如下:若以F力仿真平均风速，先计算标准高度处风速:【权利要求】1.，其特征是至少包括如下步骤: 步骤101:建立天线位置处较为准确的随机风载荷模型； 步骤102:建立面向控制的包含天线柔性信息的模型； 步骤103:通过对所建风模型和天线模型进行仿真，得出天线柔性振荡信息，并计算指向误差； 步骤104:根据卡尔曼滤波方式，对该指向误差进行一步预测，预测时间为电机的惯性时间常数与滤波器的惯性时间常数之和； 步骤105:设计低通滤波器，并求得天线模型和电机减速器模型的传递函数，对预测值进行反推计算，求得前馈控制信号； 步骤106:将所得前馈控制电压前馈给控制系统，使被控模型产生刚性转角抵消由于柔性振荡带来的指向误差。2.依据权利要求书I所述，其特征是:所述步骤101里根据天线位置，周围环境建立随机风载荷，建立过程如下: 若以F为仿真平均风速，先计算标准高度处风速: 3.依据权利要求书I所述，其特征是:所述步骤102里建立包含柔性信息的天线结构模型，过程简化如下: I)模态质量阵的提取，以能量法简化的计算各阶模态质量: 4.依据权利要求书I所述，其特征是:所述步骤103中，对所建风模型，和天线模型进行仿真，并根据仿真输出计算指向误差，计算公式如下所示: 5.依据权利要求书I所述，其特征是:所述步骤104中，对该指向误差进行一步卡尔曼预测，预测时间为电机的惯性时间常数与滤波器的惯性时间常数之和； 所述卡尔曼预测过程为:设预测对象为随机线性离散系统k时刻的状态变量Xk，状态方程和测量方程可表示为: 6.依据权利要求书I所述，其特征是:所述步骤105中，由指向误差反解输入电压过程如下: O求刚性天线传递函数G2g,由于目的是使该力矩生成的刚性转角与指向误差相抵消，所以反推计算式只需要反推G2中的刚性模型: 我们得到G2中刚性模型的传递函数为: 7.依据权利要求书I所述，其特征是:所述步骤106中，将所得前馈控制电压前馈 给控制系统，使被控模型产生刚性转角抵消由于柔性振荡带来的指向误差。【文档编号】G05D3/12GK103558758SQ201310497248【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年8月9日 【专利技术者】黄进, 张洁, 范建宇, 宋瑞雪, 邱丽丽 申请人:西安电子科技大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型天线抗风扰自适应补偿方法，其特征是至少包括如下步骤：步骤101：建立天线位置处较为准确的随机风载荷模型；步骤102：建立面向控制的包含天线柔性信息的模型；步骤103：通过对所建风模型和天线模型进行仿真，得出天线柔性振荡信息，并计算指向误差；步骤104：根据卡尔曼滤波方式，对该指向误差进行一步预测，预测时间为电机的惯性时间常数与滤波器的惯性时间常数之和；步骤105：设计低通滤波器，并求得天线模型和电机减速器模型的传递函数，对预测值进行反推计算，求得前馈控制信号；步骤106：将所得前馈控制电压前馈给控制系统，使被控模型产生刚性转角抵消由于柔性振荡带来的指向误差。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄进，张洁，范建宇，宋瑞雪，邱丽丽，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：