一种实现太阳翼调频作动器位置优化的方法与流程

本发明涉及作动器优化方法技术领域，尤其是一种实现太阳翼调频作动器位置优化的方法。

背景技术：

在卫星结构上，一般会配置微波成像仪结构，太阳翼的若干阶频率与微波成像仪有效载荷工作频率比较接近，可能会引起星体姿态的耦合振荡。为了避免出现太阳翼与微波成像仪之间发生耦合共振，可以通过布置作动器来实现太阳翼频率调节。

作动器布置的位置及数量等都会对结构的频率调节产生影响。针对给定的太阳翼结构，如何确定作动器布置最优的位置，以实现太阳翼调频的目的，已成为亟待解决的实际工程问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种实现太阳翼调频作动器位置优化的方法，能够有效地确定太阳翼结构调频的最优位置，具有实际工程意义。

为解决上述技术问题，本发明提供一种实现太阳翼调频作动器位置优化的方法，包括如下步骤：

(1)根据太阳翼调频加载区域的范围(作动器加载的区域)，确定参数变化范围；

(2)基于nastran软件非线性静力分析模块生成一个施加作动器作用的计算工况文件；

(3)通过matlab中ga遗传算法修改nastran生成的*.bdf文件信息，明确目标函数进行全局化搜索，最终获得最优化作动器布置位置。

优选的，步骤(1)中，根据太阳翼调频加载区域的范围，确定参数变化范围具体包括以下步骤：

(11)根据太阳翼实际可加载的区域，确定位置参数范围：

其中(x,y,z)为作动器起始布置位置坐标，xlb,xub为x方向的范围的上下界，ylb,yub为y方向的范围的上下界，太阳翼在xy平面内，故z为常值；

(12)假定作动器的数量为n，作动器作用外力为f，确定其他参数范围，考虑作动器布置的角度影响，由于制造工艺的限制，作动器布置的角度(即与x抽的夹角)在离散数值中选取：

α∈d＝{α¹,α²,…,α^k}(2)

其中d表示有k个离散角度变量所属的离散数集，α为所取的角度变量。

优选的，步骤(2)中，基于nastran软件非线性静力分析模块生成一个施加作动器作用的计算工况文origin.bdf，提交计算确定结构初始基频w0。

优选的，步骤(3)中，通过matlab中ga遗传算法修改nastran生成的*.bdf文件信息，明确目标函数进行全局化搜索，最终获得最优化作动器布置位置具体包括以下步骤：

(31)确定每次迭代种群的个体数量为m；

(32)每个个体对应n个作动器，根据公式(1)给定约束范围，随机生成n个起始点，分别为(xi，yi，z0),其中i依次取1,2到n；

(33)针对步骤(32)中的每个作动器，根据公式(2)的范围，随机生成相应的角度值α，由于确定坐动器的位置需要二个点，由起始点坐标信息，其对应的角度信息，可以获得对应作动器的末端坐标信息，公式如下

其中，l为作动器的长度；

(34)由于施加作动器的机理是在结构上施加预紧力，故需要确定作动器作用的网格节点位置，基于matlab软件读取origin.bdf文件信息，将太阳翼有限元模型的网格节点坐标与上述作动器起始点坐标匹配，确定节点起始点编号为n1，末端起始点编号n2，通过修改上述*.bdf文件，更改作动器作用力的节点编号实现新工况的生产，并提交nastran计算读取现有结构的基频wj，j范围为1，2，…,m；

(35)定义目标函数为：

基于matlab中的ga遗传算法调用nastran软件，通过上述方法，实现全局化搜索，实现最优化的作动器位置布置，当r达到最小时，即wj达到最大值，作动器布置的位置可以最大程度提高结构的基频，避免太阳翼与成像仪发生耦合共振。

本发明的有益效果为：本发明基于matalb中ga遗传算法调用修改nastran生成的模型计算文件进行全局化搜索，由于遗传算法具有全局寻优的优势，同时利用nastran计算能力，可以有效地确定太阳翼结构调频的最优位置，具有实际工程意义。

附图说明

图1为本发明的太阳翼有限元模型及作动器布置可加载区域示意图。

图2为本发明的作动器布置加载目标值收敛曲线示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

本实施例采用单板太阳翼验证，如图1所示，假定虚线框为作动器可加载区域，太阳翼的尺寸大小为0.4×0.64m，包括以下步骤：

步骤1，根据太阳翼调频加载区域的范围(作动器加载的区域)，确定参数变化范围；

11)根据太阳翼实际可加载的区域，确定位置参数范围：

其中(x,y,z)为作动器起始布置位置坐标，0与0.31为x方向的范围的上下界，-1.01与-0.7为y方向的范围的上下界，太阳翼在xy平面内，故z为常值。

12)假定作动器的数量为1，作动器作用外力为20n。确定其他参数范围，考虑作动器布置的角度影响，由于制造工艺的限制，作动器布置的角度(即与x抽的夹角)在离散数值中选取，此处作动器布置的角度统一定义为α＝0°。

步骤2，基于nastran软件非线性静力分析模块生成一个施加作动器作用的计算l工况文件，提取计算确定结构初始基频w0＝1.463hz。

步骤3，通过matlab中ga遗传算法修改nastran生成的*.bdf文件信息，明确目标函数进行全局化搜索，最终获得最优化作动器布置位置。

31)确定每次迭代种群的个体数量为10。

32)每个个体对应1个作动器，根据公式(1)给定约束范围，随机生成1个起始点，分别为(xi，yi，z0)。

33)针对步骤(32)中的每个作动器，根据公式(2)的范围，随机生成相应的角度值α。由于确定坐动器的位置需要二个点，由起始点坐标信息，其对应的角度信息，可以获得对应作动器的末端坐标信息，公式如下

其中，l＝0.05m为作动器的长度。

34)由于施加作动器的机理是在结构上施加预紧力，故需要确定作动器作用的网格节点位置。基于matlab软件读取origin.bdf文件信息，将太阳翼有限元模型的网格节点坐标与上述作动器起始点坐标匹配，确定节点起始点编号为n1，末端起始点编号n2。通过修改上述*.bdf文件，更改作动器作用力的节点编号生产新的工况文件，并提交nastran计算读取现有结构的基频wj(j范围为1，2，…,10)。

35)定义目标函数为：

基于matlab中的ga遗传算法调用nastran软件，通过上述方法，可以实现全局化搜索，可以实现最优化的作动器位置布置，当r达到最小时，即wj达到最大值，作动器布置的位置可以最大程度提高结构的基频，避免太阳翼与成像仪发生耦合共振，结构收敛曲线如图2所示，在第10代的时候达到受凉，r＝0.7631，即作动器布置在节点(0，-0.79，1.44)与(0，-0.75，1.44)上，此时结构的基频达到最大为1.92hz。

本发明基于matalb中ga遗传算法调用修改nastran生成的模型计算文件进行全局化搜索，由于遗传算法具有全局寻优的优势，同时利用nastran计算能力，可以有效地确定太阳翼结构调频的最优位置，具有实际工程意义。