大型空间望远镜次镜精密调整机构研究

发布时间：2017-09-01 17:10

  本文关键词：大型空间望远镜次镜精密调整机构研究

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【摘要】：随着空间技术的发展,具有大口径、高分辨率的空间望远镜在民用、商用、军工、天文学等领域的作用越来越大。大口径望远镜系统中主镜与次镜之间的相对位置和姿态有严格的要求,由于制造、安装、重力、传热和材料性质变化等原因,主、次镜之间的相对位姿会发生改变,导致成像质量下降以及像位置的漂移。因此,需要主动地校正主、次镜之间的相对位姿,将位姿误差限定在允许的精度范围内。对于空间大口径望远镜,考虑功耗、质量以及空间环境等因素,主、次镜之间的位姿调整主要采用对次镜进行调整的方式。次镜的调整精度决定了整个望远镜系统的精度。因此,研究次镜调整机构的相关技术,对于大口径望远镜的研制具有重要的意义,本文以此展开研究工作本文首先提出了一种基于Gough-Stewart平台的偏置铰链、滚珠丝杠传动的六自由度次镜调整并联机构,称为6-RRRPRR构型。结合Newton-Raphson数值算法和矢量分析法对该并联机构的完整逆运动学进行分析,同时针对滚珠丝杠副移动与转动的耦合引入的衍生运动进行了量化分析及补偿研究,并通过ADAMS软件对该机构的运动学进行验证。最后,在逆运动学分析的基础上,对该机构的正运动学进行分析和验证。针对望远镜主、次镜相对位姿的要求,需要次镜调整精度达到微米级。为了得到性能优良的调整机构,对其结构参数进行优化设计。建立了以运动精度和抗变形能力为目标函数的优化模型,采用遗传算法进行优化求解,得到了在限制条件下目标函数达到最佳的设计参数。工作空间是次镜调整机构的一项重要指标,而作为调整机构的重要部件—万向铰链工作空间影响着调整机构的工作空间。因此,对十字万向铰链和偏置铰链的工作空间进行分析和比较。在考虑支链行程、支链干涉和万向铰链转动角度限制三个因素的基础上,对优化后的并联机构的工作空间进行研究,并分析了限制因素对工作空间的影响。为验证理论设计的合理性,设计了两代调整机构的促动器并对其技术指标进行分析与测试。在此基础上对调整机构的性能指标进行测试,并分析了耦合重复定位精度对平台精度的影响。最后,模拟次镜调整机构加载后的工作状态,并对调整精度进行测试。测试结果表明,所设计的调整机构能够满足微米级定位的要求。
【关键词】：空间望远镜 并联机构 优化设计 工作空间 重复定位精度
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH751
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-31
• 1.1 课题来源与研究的意义11-12
• 1.2 次镜调整机构的研究现状12-21
• 1.3 并联机构相关技术研究21-28
• 1.4 本文的研究目标及内容28-31
• 第2章 次镜调整机构运动学31-53
• 2.1 引言31-32
• 2.2 系统描述32-36
• 2.3 调整机构逆运动学分析36-41
• 2.4 次镜调整平台衍生运动及其补偿41-48
• 2.5 并联平台正运动学48-52
• 2.6 本章小结52-53
• 第3章 次镜调整机构多目标优化设计53-75
• 3.1 引言53-54
• 3.2 雅克比矩阵54-56
• 3.3 调整机构的优化模型56-62
• 3.4 利用遗传算法优化结构62-72
• 3.5 本章小结72-75
• 第4章 工作空间分析75-99
• 4.1 引言75
• 4.2 万向铰链工作空间75-88
• 4.3 次镜调整机构工作空间88-97
• 4.4 本章小结97-99
• 第5章 次镜调整机构设计及测试99-117
• 5.1 引言99
• 5.2 支腿促动器性能研究99-110
• 5.3 并联平台的性能研究110-116
• 5.4 本章小结116-117
• 第6章 研究结论与展望117-119
• 6.1 工作结论及创新点117-118
• 6.2 展望118-119
• 参考文献119-131
• 附录131-135
• 在学期间学术成果情况135-136
• 指导教师及作者简介136-137
• 致谢137

【参考文献】

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本文编号：773340