【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(jié)構(gòu)笨重、剛度重量比低,不能適應(yīng)天線結(jié)構(gòu)輕量化、高機(jī)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(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低等優(yōu)勢。本文設(shè)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(xué)、動力學(xué),以及基于動力學(xué)模型的機(jī)電一體化仿真等研究。本論文的主要工作如下:1)根據(jù)機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系設(shè)計了主要參數(shù),采用理論分析對其自由度進(jìn)行了驗算。利用幾何位置關(guān)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(xué)模型的正確性。基于有限元方法對天線座的靜力學(xué)和強(qiáng)度進(jìn)行計算分析,進(jìn)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(jī)構(gòu)約束方程求導(dǎo)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(jìn)行了分析,為運動控制等進(jìn)一步研究提供理論支撐。采用拉格朗日動力學(xué)方法,計算了天線座各構(gòu)件的位置、速度和加速度,進(jìn)而得到其動能和勢能,建立了動力學(xué)方程。為驗證動力學(xué)的正確性,進(jìn)行了數(shù)值仿真,并與動力學(xué)軟件仿真的結(jié)果進(jìn)行對比,為后續(xù)的計算力矩控制,機(jī)電一體化仿真奠定基礎(chǔ)。3)根據(jù)機(jī)器人的動力學(xué)特性,采用逆向動力學(xué)控制/計算力矩法,設(shè)計了此天線座機(jī)構(gòu)的控制律。并采用控制仿真工具箱和多體動力學(xué)分析軟件進(jìn)行機(jī)電一體化仿真,結(jié)果表明所提出控制方案的有效性。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(jī)動雷達(dá)天線，俯仰采控陣掃描來實現(xiàn)，方位采用機(jī)械掃描來實現(xiàn)，可對四周 360 度內(nèi)所有的戰(zhàn)術(shù)高度目標(biāo)進(jìn)行跟蹤并捕獲。該雷達(dá)天線系統(tǒng)具備操作簡單，機(jī)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(zhuǎn)臺式天線座如圖 1.2 所示，通常采用轉(zhuǎn)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(qiáng)，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(jié)構(gòu)更加緊湊，軸向尺寸小，轉(zhuǎn)動的重心比較低，使天線座的穩(wěn)定性得到了加強(qiáng)。我國對轉(zhuǎn)臺的研究起步較晚，但科研人員的努力，近年來已經(jīng)取得長足的發(fā)展和成就。現(xiàn)在，國內(nèi)大量的高校和機(jī)構(gòu)都在從事高精度轉(zhuǎn)臺的研究，主要有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、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(tuán)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(zhuǎn)臺，其轉(zhuǎn)角精度范圍為-1°~+1°，轉(zhuǎn)角分辨率 0.1°[4]；北京友信科技集團(tuán)研URT-L-01 型雷達(dá)仿真系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺位置精度為 20'。

藝、成本方面較轉(zhuǎn)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(qū)動輪、從動輪、軌道、中心軸承、轉(zhuǎn)臺等組成，通常用于實現(xiàn)低速重載的大型雷達(dá)天線的方位旋轉(zhuǎn)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(dāng)于把俯仰-方位型天線座的方位軸轉(zhuǎn)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(biāo)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(zhuǎn)動正負(fù) 90°，就能整個空域，因此不需要高頻轉(zhuǎn)動關(guān)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(dá)到覆蓋整個空域此選用了 X-Y 型。X-Y 型天線座的結(jié)構(gòu)不緊湊，天線座的重量比較大。因為這線的兩根轉(zhuǎn)軸均不與地面垂直，如果轉(zhuǎn)動部分的重心不在轉(zhuǎn)軸上，就會產(chǎn)生不平矩。通常，X,Y 兩軸的轉(zhuǎn)動部分都需要加平衡重，所以體積和重量大；兩軸的間距轉(zhuǎn)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(xiàn)】

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本文編號：2802754