FAST馈源支撑舱索系统模型试验研究

发布时间：2017-10-01 16:03

  本文关键词：FAST馈源支撑舱索系统模型试验研究

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【摘要】：FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope)目前正在贵州省平塘县大窝凼地区全面建设当中,预计2016年完工,本文是以该球面射电望远镜项目的技术应用为背景,对馈源支撑子系统的索驱动控制程序及若干力学问题进行了研究,主要分为以下三个部分:第一部分由馈源舱在运行过程中是否存在倾覆的危险着手,确定了优化的目标函数,倾覆的判断标准,建立了静力学平衡以及静力矩平衡方程,明确了不同变量的约束范围,通过罚函数的方法建立了无约束目标函数,通过牛顿法进行求解,求解过程中的步长通过linesearch法确定。利用馈源支撑舱索系统3米缩尺模型,通过选择馈源焦面上的三个有代表意义位置,确定选定位置处对应的六根索长的方法,在选定位置处进行了试验,对理论分析的结果进行了验证,模型试验结论与理论分析的结果比较吻合,通过模型试验证明了理论分析的可靠性。最终求得了FAST原型中馈源舱在整个馈源焦面上的临界倾覆角,并且验证了馈源舱重心的改变对临界倾覆角的影响。第二部分利用现有的3米缩尺馈源支撑舱索系统模型,进行了馈源支撑舱索系统的阻尼试验研究,得到了馈源支撑舱索系统的阻尼特性,并且对提高馈源支撑舱索系统阻尼比的方法进行了探讨,提出了几种提高阻尼比的方案,对各个方案进行了模型试验,对其试验数据进行了分析,将试验结果与原始模型试验分析结果进行对比,证明了舱索系统增加阻尼方案的有效性。第三部分对馈源支撑系统的索驱动系统进行了模型试验研究,介绍了索驱动控制系统控制程序的控制原理,不同工况的实现方法,并通过3米馈源支撑系统模型对控制系统的控制精度进行了验证,通过对控制过程中模型舱位置数据的分析,得到了控制系统在不同工况下的控制精度,证明现行的控制系统的可靠性。本文的创新点主要体现在:1)求得了馈源舱在整个馈源焦面上的临界倾覆角,为FAST的工程实践提供了参考。2)通过3米缩尺舱索系统模型试验,提出了可增加FAST舱索系统阻尼比的设计方案。3)检验了FAST索驱动控制系统的控制精度,证明了该控制系统的功能、可靠性及控制精度,满足在FAST上进行调试的要求。
【关键词】：FAST望远镜 倾覆 静力学分析 模型 阻尼比 控制精度
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH751
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 选题的背景及意义8-11
• 1.2 馈源支撑舱索系统模型研究及进展11-15
• 1.2.1 西安电子科技大学研究组试验模型12
• 1.2.2 清华大学研究组试验模型12-13
• 1.2.3 北京密云50米试验模型13-14
• 1.2.4 大射电望远镜技术验室馈源支撑系统 3m模型14-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-18
• 1.3.1 研究课题15-16
• 1.3.2 主要研究内容16-18
• 第二章 FAST馈源舱倾覆的理论分析及试验研究18-34
• 2.1 舱临界倾覆角的理论分析19-22
• 2.2 基于目标函数优化方法求解舱临界倾覆角22-26
• 2.3 舱索系统模型优化结果及试验26-31
• 2.4 3米模型试验验证31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 FAST舱索系统的阻尼分析34-65
• 3.1 FAST索牵引并联机构阻尼特性34-35
• 3.2 缩尺模型试验及阻尼辨识35-55
• 3.2.1 缩尺模型的建立35-38
• 3.2.2 振动信号的获取38-42
• 3.2.3 振动信号的时域辨识方法42-50
• 3.2.4 阻尼的识别50-55
• 3.3 增加阻尼试验研究55-64
• 3.4 本章小结64-65
• 第四章 索驱动模型控制试验及其控制误差分析65-90
• 4.1 索驱动控制系统模型试验65-69
• 4.2 索驱动机构模型的控制体系和基本算法69-76
• 4.2.1 FAST模型机控制器70
• 4.2.2 模型机中的数字PID70-72
• 4.2.3 索力优化中坐标系的建立及相关坐标系的转换72-75
• 4.2.4 出绳量计算程序75-76
• 4.3 索驱动控制系统控制精度分析76-84
• 4.4 提高控制系统控制精度的尝试84-88
• 4.5 本章小结88-90
• 第五章 总结和展望90-92
• 5.1 本文工作总结90-91
• 5.2 全文主要的创新点91
• 5.3 下阶段工作展望91-92
• 致谢92-93
• 参考文献93-97
• 附录 攻读硕士期间发表的论文97-98

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