一种基于应变的天线副面位姿实时测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108592835A(43)申请公布日2018.09.28(21)申请号201810311580.4(22)申请日2018.04.09(71)申请人西安电子科技大学地址710065陕西省西安市雁塔区太白南路2号(72)发明人保宏史栋梁赵勇段学超樊乔志许谦(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人姚咏华(51)Int.Cl.G01B21/00(2006.01)G01C21/00(2006.01)权利要求书4页说明书8页附图3页(54)发明名称一种基于应变的天线副面位姿实时测量方法(57)摘要本发明公开了一种基于应变的天线副面位姿实时测量方法，包括建立天线全局坐标系和撑腿局部坐标系之间的关系；定义截面应变；由位移形函数建立单元节点位移与理论截面应变关系；由单元表面测量应变求解实际截面应变；利用最小二乘函数建立理论截面应变与实际截面应变的函数关系；求解副面撑腿变形；计算天线副面中定平台位姿；根据六自由度并联机构支杆长度计算动平台位姿；由定平台位姿和动平台位姿求解动平台在天线整体坐标系中的位姿。该方法可以实现对天线副面位姿的实时测量。CN108592835ACN108592835A权利要求书1/4页1.一种基于应变的天线副面位姿实时测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立天线整体全局坐标系，并建立天线副面撑腿局部坐标系；2)定义由拉伸、弯曲、剪切和扭转引起的应变作为梁单元截面应变；3)根据天线副面撑腿的边界约束特点，建立包含天线副面撑腿节点信息的位移形函数，并得到节点自由度与截面应变的关系矩阵，定义由位移形函数求得的截面应变为理论截面应变；4)建立天线副面撑腿单元横截面的位移场函数，通过位移场函数建立单元表面测量应变与截面应变的关系，定义由表面测量应变计算得到的截面应变为实际截面应变；5)通过最小二乘法构造理论截面应变与实际截面应变的最小二乘函数，通过求解最小二乘函数，得到天线副面撑腿的节点位移和转角信息；6)根据计算的天线副面撑腿节点信息，求解天线副面定平台在全局坐标系中位姿；7)由六自由度并联机构的支杆长度，求解天线副面动平台相对于天线副面定平台的实时位姿；8)由步骤6)天线副面定平台位姿和步骤7)天线副面动平台位姿，实时确定天线副面动平台在全局坐标系中的位姿，即天线副面位姿。2.根据权利要求1所述的基于应变的天线副面位姿实时测量方法，其特征在于，所述步骤1)中，建立以天线为整体全局坐标系X-Y-Z，以主反射面与副面撑腿的连接点为原点，间隔撑腿组成的平面为xoy面，分别建立副面撑腿的局部坐标系。3.根据权利要求1所述的基于应变的天线副面位姿实时测量方法，其特征在于，所述步T骤2)中，撑腿单元的变形u(x)＝[u(x),v(x),w(x),θx(x),θy(x),θz(x)]可以引起撑腿截面拉伸、弯曲、剪切和扭转四种应变状态，定义由拉伸、弯曲、剪切和扭转引起的应变截面应变：其中,u(x)为撑杆沿x方向位移，v(x)为沿y方向位移，w(x)为沿z方向位移，θx(x)为沿x轴转角，θy(x)为沿y轴转角，θz(x)为沿z轴转角。4.根据权利要求3所述的基于应变的天线副面位姿实时测量方法，其特征在于，所述步骤3)包括以下步骤：3a)根据撑腿边界条件，选中C0连续单元利用节点自由度对撑杆单元插值，u(x)＝N(x)ue其中，ue为节点自由度，包括位移和转角信息，N(x)为位移形函数矩阵；3b)对步骤3a)位移形函数求导，由步骤2)截面应变特点，得到截面应变与单元节点自由度的函数关系：e(u)＝B(x)ueT其中，B(x)称为应变矩阵，定义e(u)＝[e1(x),e2(x),e3(x),e4(x),e5(x),e6(x)]为理论2CN108592835A权利要求书2/4页截面应变。5.根据权利要求1所述的基于应变的天线副面位姿实时测量方法，其特征在于，所述步骤4)包括以下步骤：4a)以一阶剪切变形理论为基础，考虑剪切并忽略由于扭转产生的截面翘曲，建立撑腿单元内部位移场：ux(x,y,z)＝u(x)+zθy(x)+yθz(x)uy(x,y,z)＝v(x)-zθx(x)uz(x,y,z)＝w(x)+yθx(x)其中，ux(x,y,z)，uy(x,y,z)和uz(x,y,z)分别为横截面内任意点沿x轴、y轴与z轴方向的位移；u(x),v(x)和w(x)分别代表y＝z＝0时的位移，即中轴线的位移；4b)根据小变形假设，由撑腿单元内部位移场得到应变场：4c)单元表面应变与单元内部应变场具有下述关系：*22ε＝εx(cosβ-μsinβ)+γxzcosθcosβsinβ-γxysinθcosβsinβ结合步骤2)，得到表面测量应变与实际截面应变关系。6