科研成果

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电子装备机电耦合国重室杜敬利教授在机械领域国际顶刊发表最新研究成果

发布:2025-12-15来源:机电工程学院



西安电子科技大学机电工程学院/电子装备机电耦合国家级重点实验室杜敬利教授团队在空间大型柔性天线主动控制领域取得重要进展,相关成果在国际机械领域顶级期刊 《International Journal of Mechanical Sciences》(中科院一区Top,影响因子9.4)以题为“Distributed active surface compensation for large space-borne mesh reflectors”发表。西安电子科技大学为通讯单位,博士研究生任志威为第一作者,杜敬利教授为通讯作者。该研究围绕大型空间可展开网状反射面天线在轨环境下的型面精度保持需求,提出了一套融合分布式模型预测控制、动态子结构建模与高密度微型作动器驱动的型面主动调控技术体系,实现了柔性空间结构误差预测、约束处理与实时补偿的系统化解决方案,为新一代高精度空间反射面天线的长期稳定运行提供了关键技术支撑。

本研究提出了一种具有良好可拓展性的多层级动态子系统模型构建方法和分布式模型预测控制策略。团队基于显式 Newmark-β积分与动态子结构技术,将复杂的大口径柔性天线分解为若干可独立求解的局部子系统,使得庞大的结构动力学预测问题得以分布式处理,显著提升了实时控制的计算效率与并行性。依托子系统间的信息耦合与协调机制,各子控制器可在本地预测的基础上完成全局协同优化,为大规模作动器阵列的高效协调奠定了基础。在此基础上,研究团队设计了面向大规模作动器阵列的分布式模型预测控制策略,该策略在每个子系统内独立构建预测模型和滚动优化框架,并结合邻域子系统信息进行局部决策与全局协调,使得控制任务能够在保持整体性能的前提下高效并行执行。

实验验证方面,研究团队开发了3米口径网状反射面天线样机的闭环主动测控实验平台。该平台集成了自主研制的微型机电作动器阵列、动态测量系统以及实时控制处理单元,能够对反射面进行高精度型面误差感知并实时反馈给控制系统。各子控制器在获取局部型面误差信息后,基于滚动优化策略协调驱动作动器阵列进行型面调整,实现了型面误差的自适应补偿。实验平台完整支撑了数据采集、状态估计、控制优化与执行反馈的闭环过程,为大口径柔性反射面主动调控技术提供了可靠的工程验证环境。

近年来,依托电子装备机电耦合国家级重点实验室,团队在大型柔性天线型面感知、动力学分析与控制、机电耦合优化设计和智能主动调控等方向开展持续研究,在《Acta Astronautica》、《Aerospace Science and Technology》、《International Journal of Mechanical Sciences》、《机械工程学报》等期刊发表系列成果。未来,团队将围绕在轨型面感知与实时测量技术、预测控制算法优化、作动器协同与容错技术以及闭环主动测控系统集成等方向深入推进研究,力求推动主动型面控制技术在下一代大型空间反射面天线中的工程化部署。