大射电望远镜馈源支撑系统定位与指向控制研究

发布时间：2020-07-30 08:57

【摘要】： 本文以国家天文台500米口径球面射电望远镜FAST项目为应用背景,针对其关键技术移动小车式无平台馈源支撑系统,进行动力学与反馈控制一体化仿真研究和测量控制方案研究。论文主要进行了如下三项研究工作: 针对移动小车式无平台馈源支撑系统中大尺度时变索系和Stewart平台机构耦合动力学仿真的需要,本文实现了一种大范围运动一阶连续长索单元,利用它模拟了卷扬钢索和钢索过定滑轮的动力学,并在多体动力学框架下实现了时变索系与多刚体组合系统的建模和数值求解。 为实现射电望远镜馈源在大范围运动中高精度定位和指向的目标,本文提出了直接测量受控平台位姿的末端反馈控制策略。在驱动索系定位控制的同时,耦合索系张力分配的非线性控制,有效地避免了钢索虚牵。通过模型实验和仿真实验,对大范围运动驱动索系、指向机构和Stewart平台三级耦合机械结构的测量控制方案进行了验证。针对测量数据的噪声问题,本文提出了一种基于频率分析的实时滤波器。该滤波器在传统多项式拟合滤波器的基础上,采用动态频率分析和预测技术,使得滤波时滞只有采样周期的三分之一左右,适合高实时性要求的应用。在柔性悬挂Stewart平台振动控制实验中,该滤波器的应用提高了控制效果。 本文构建了一套基于多体动力学的反馈控制仿真系统。对密云50米尺度时变索系驱动馈源小车运动控制实验,和柔性悬挂Stewart平台振动控制实验,进行动力学与反馈控制一体化仿真。仿真结果与物理实验相符合。利用基于多体动力学的反馈控制仿真系统,对500米尺度原型移动小车式无平台馈源支撑系统进行仿真研究。在大范围运动时变机械结构和测量控制耦合仿真模型上进行虚拟实验,优化机械结构、控制算法和控制参数,考察风荷载作用下馈源长时间跟踪观测的定位和指向控制效果。通过对大量的系统的虚拟反馈控制实验的结果进行对比和整理,本文工作为FAST馈源支撑系统的方案设计提供了建议和参考。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P111.44
【图文】：

案[1, 2]，见图 1.1。国家天文台对 FAST 关键技术光机电一体化的馈源支撑系统、高精度的测量与研究和模型实验。迄今，FAST 工程方案的可行性家大科学装置已经立项。

m×5m×2.2m尺度馈源支撑缩尺模型，1999

0m×20m×6m尺度馈源支撑缩尺模型，2001

【引证文献】

相关期刊论文 前2条

1 李辉;朱文白;潘高峰;;FAST望远镜馈源支撑中的力学问题及其研究进展[J];力学进展;2011年02期

2 管皓;孙才红;;FAST望远镜40米模型天文观测软件的开发[J];天文研究与技术;2011年04期

相关博士学位论文 前1条

1 洪迪峰;一维移动介质的多体动力学建模方法研究[D];清华大学;2011年

本文编号：2775318