【摘要】：傳統(tǒng)大型天線座以軸系串聯(lián)形式實現(xiàn),軸系誤差逐級積累、結構笨重、剛度重量比低,不能適應天線結構輕量化、高機動性、高指向精度的發(fā)展趨勢,因此,輕量化天線座的研究很有必要。并聯(lián)式天線座相對于傳統(tǒng)串聯(lián)天線座,并聯(lián)式天線座采取多個分支安裝在天線和基座之間,發(fā)揮了少自由度并聯(lián)機構結構簡單、制造成本低等優(yōu)勢。本文設計了一種新型并聯(lián)式兩自由度輕量化天線座,開展了其運動學、動力學,以及基于動力學模型的機電一體化仿真等研究。本論文的主要工作如下:1)根據機構幾何關系設計了主要參數(shù),采用理論分析對其自由度進行了驗算。利用幾何位置關系求解該并聯(lián)式兩自由度輕量化天線座的姿態(tài)正逆解,并使用數(shù)值方法驗證了運動學模型的正確性。基于有限元方法對天線座的靜力學和強度進行計算分析,進而計算了其軸系精度,以此來滿足天線座的工程需求。2)對機構約束方程求導分析該天線座的速度和加速度,同時得到其雅克比矩陣。并基于雅克比矩陣對天線座的奇異性進行了分析,為運動控制等進一步研究提供理論支撐。采用拉格朗日動力學方法,計算了天線座各構件的位置、速度和加速度,進而得到其動能和勢能,建立了動力學方程。為驗證動力學的正確性,進行了數(shù)值仿真,并與動力學軟件仿真的結果進行對比,為后續(xù)的計算力矩控制,機電一體化仿真奠定基礎。3)根據機器人的動力學特性,采用逆向動力學控制/計算力矩法,設計了此天線座機構的控制律。并采用控制仿真工具箱和多體動力學分析軟件進行機電一體化仿真,結果表明所提出控制方案的有效性。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH112
【圖文】：

俯仰-方位型天線座

美國雷聲公司近年來研制出的 MRSR 型高機動雷達天線，俯仰采控陣掃描來實現(xiàn)，方位采用機械掃描來實現(xiàn)，可對四周 360 度內所有的戰(zhàn)術高度目標進行跟蹤并捕獲。該雷達天線系統(tǒng)具備操作簡單，機動靈活的優(yōu)點，整個天成在一個車箱里，一個人就可操作運行[3]。轉臺式天線座如圖 1.2 所示，通常采用轉盤軸承或靜壓軸承支撐天線和方位部分，承受軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩。這種形式剛度大、承載能力強，可需要粗大的方位軸，軸承座圈和方位大齒輪可以做成一個整體，在軸承中間讓出的空間用以安裝其它器件或部件。這種形式的結構更加緊湊，軸向尺寸小，轉動的重心比較低，使天線座的穩(wěn)定性得到了加強。我國對轉臺的研究起步較晚，但科研人員的努力，近年來已經取得長足的發(fā)展和成就�，F(xiàn)在，國內大量的高校和機構都在從事高精度轉臺的研究，主要有哈爾濱工業(yè)大學、南京航空航天大學、14 所、航天八院 804 所、航天二院 203 所、中船 6354 所等。中國航天科技集團研究院下屬的 203 研究所研制用于測量電磁兼容性以及天線方向圖等方面的天轉臺，其轉角精度范圍為-1°~+1°，轉角分辨率 0.1°[4]；北京友信科技集團研URT-L-01 型雷達仿真系統(tǒng)的轉臺位置精度為 20'。

藝、成本方面較轉臺式天線座有相對優(yōu)勢。通常，我們把利用滾輪和軌道作為天的軸向支承、依靠輪軌之間的摩擦力實現(xiàn)方位傳動的天線座稱為輪軌式天線座。式天線座主要由驅動輪、從動輪、軌道、中心軸承、轉臺等組成，通常用于實現(xiàn)低速重載的大型雷達天線的方位旋轉運動。X-Y 型天線座如圖 1.4 所示，X 軸是水平配置的；Y 軸與 X 軸垂直，隨 X動；電軸與 Y 軸垂直。相當于把俯仰-方位型天線座的方位軸轉到水平位置。因X-Y 型天線座也有“盲錐區(qū)”。其在跟蹤過頂目標時，與其他兩軸天線座相比，度是最低的。X-Y 型天線座的另一個優(yōu)點是每根軸都只需轉動正負 90°，就能整個空域，因此不需要高頻轉動關節(jié)、滑環(huán)或電纜圈套裝置，而只需要一段撓性和電纜。阿波羅登月飛行近地宇宙空間通信用的 9m 拋物面天線，因為宇宙飛船頂位置變換軌道，所以過頂時必須保持聯(lián)系，并且要求基本上達到覆蓋整個空域此選用了 X-Y 型。X-Y 型天線座的結構不緊湊，天線座的重量比較大。因為這線的兩根轉軸均不與地面垂直，如果轉動部分的重心不在轉軸上，就會產生不平矩。通常，X,Y 兩軸的轉動部分都需要加平衡重，所以體積和重量大；兩軸的間距轉動慣量也大，而且下軸的離地高度必須大于反射體的半徑。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 朱曉凱;李俊偉;張麗敏;;某單兵搬運雷達天線座結構設計[J];鄭州輕工業(yè)學院學報(自然科學版);2014年03期

2 彭為;;美國反導雷達裝備發(fā)展綜述[J];現(xiàn)代雷達;2013年11期

3 杜春江;魏忠良;袁海平;;基于拓撲優(yōu)化的天線座叉臂結構設計[J];電子機械工程;2011年01期

4 李建榮;;X-Y型天線座過頂跟蹤分析[J];現(xiàn)代電子技術;2010年11期

5 瞿亦峰;郭洪偉;;大型相控陣雷達輪軌式天線座設計[J];電子機械工程;2009年03期

6 李慶齡;趙永生;;六自由度工業(yè)機器人動力學分析與仿真[J];上海電機學院學報;2008年04期

7 劉業(yè)超;金明河;劉宏;;柔性關節(jié)機器人基于柔性補償?shù)钠娈悢z動控制[J];機器人;2008年05期

8 張立杰;劉穎;黃真;;平面2自由度驅動冗余并聯(lián)機器人的性能分析[J];機械工程學報;2006年07期

9 張立杰;李永泉;黃真;;球面二自由度5R并聯(lián)機器人的運動學分析[J];中國機械工程;2006年04期

10 陳志國 ,須文波;基于運動控制卡的機器人智能切割系統(tǒng)[J];微計算機信息;2005年14期

相關博士學位論文 前5條

1 唐建林;基于模型的液壓六自由度運動平臺自適應控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

2 劉善增;三自由度空間柔性并聯(lián)機器人動力學研究[D];北京工業(yè)大學;2009年

3 段學超;柔性支撐Stewart平臺的分析、優(yōu)化與控制研究[D];西安電子科技大學;2008年

4 李磊;六自由度并聯(lián)平臺位置正解及控制方法研究[D];哈爾濱工程大學;2008年

5 張立杰;兩自由度并聯(lián)機器人的性能分析及尺寸優(yōu)化[D];燕山大學;2006年

相關碩士學位論文 前9條

1 馬洪泰;高精度空間目標探測雷達天線座結構設計與分析[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

2 高思慧;6PUS-UPU冗余并聯(lián)機器人動力學建模及力/位混合控制研究[D];燕山大學;2013年

3 宋曉飛;六自由度并聯(lián)機構誤差分析和補償[D];重慶大學;2012年

4 張力;天線座結構設計與軸系精度分析[D];西安電子科技大學;2012年

5 楊華興;兩種自動傾斜器下操縱機構動力學性能分析[D];燕山大學;2011年

6 羅二娟;耦合型3自由度并聯(lián)艦載穩(wěn)定平臺研究[D];燕山大學;2011年

7 徐巍巍;柔性支撐Stewart平臺的力學分析與控制研究[D];西安電子科技大學;2011年

8 梁國全;二自由度并聯(lián)機器人的運動控制技術研究[D];南京航空航天大學;2010年

9 徐宗剛;3-PCR并聯(lián)機構工作空間及軌跡規(guī)劃的研究與應用[D];山東理工大學;2009年

本文編號：2802754