激光诱导击穿光谱在金属材料在线分析方面的应用进展

激光诱导击穿光谱(LIBS)由于具有无需样品制备、分析速度快、可远距离在线遥测以及可进行元素的二维表面分布和深度分析等特点,引起光谱化学分析领域研究者的广泛关注。在冶金过程工艺控制领域,金属材料的在线分析以及元素多维信息的获取,对于实时监控金属材料的生产工艺及准确实现金属材料的快速分类方面具有重要的意义。与传统的分析方法相比较,LIBS技术因其众多优势已成为金属材料实时在线分析的最佳手段之一,而且已有多种商品化的仪器推出。论文首先对LIBS在线仪器装置进行介绍,然后对近些年LIBS在熔融金属在线分析、连铸钢坯鉴别、炉渣在线分析、金属材料分类识别、金属材料镀层分析等方面的发展现状及挑战进行论述,最后对LIBS在线分析进行展望。     

基于物理规划的Stewart平台多目标优化

应用物理规划方法对500米口径球面射电望远镜(FAST)精调 Stewart 平台进行了多目标优化设计.根据 Stewart 平台的设计准则,将 Stewart 平台的运动精度、重量和工作效率作为目标函数,构造了相应的以目标函数为变量的偏好函数,建立了基于物理规划的多目标优化模型,采用遗传算法对该优化问题进行求解.结果表明,物理规划避免了基于权重的多目标优化方法中权系数难以确定的问题,有效地给出了优化问题的 Pareto 解.     

望远镜系统的结构设计及有限元分析

本文对R-C望远镜系统的结构作了深入的研究,完成R-C望远镜系统的结构设计,并对整体结构进行有限元分析.通过模态分析得到总体结构的第一阶频率为183.39Hz,高于系统要求的100Hz,在热分析中得到因温度变化导致主、次镜同轴度的偏差为1.15靘,也小于光学要求值0.01mm.望远镜系统实物的实测结果与仿真结果基本相符,验证了R-C望远镜系统结构设计的合理性.     

基于MatLab的天文望远镜电机调速系统的仿真与分析

针对电机的控制在天文望远镜中占有很大的比重,基于MatLab对天文望远镜电机调速系统进行建模、分析与仿真,并对仿真结果进行了分析。通过仿真,可以直观、快速地分析系统的性能,并能灵活改变系统的结构和参数,以达到系统的优化设计。     

25 m射电望远镜俯仰系统的全过程建模

最优控制可有效提高大射电望远镜的指向精度,但其控制器设计需要精确的被控对象模型。为此,文中依据其有限元模型,建立了俯仰系统从电机到副面运动的全过程模型。首先,应用模态坐标法建立了大齿轮和主反射面模型,体现了结构主体刚柔混合特性;然后,应用Euler-Bernoulli梁方程式推导了副面撑杆和副面模型,反映了结构末端柔性;最后,通过仿真分析验证了该建模方法的准确性和有效性。与目前已有的射电望远镜建模方法相比,该方法的优点在于在天线设计阶段就可模拟各部分的实际运转状况,可提前发现不足。     

FAST馈源支撑系统位姿分配方法研究

为实现五百米口径球面射电望远镜(Five-hundred meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)馈源支撑系统馈源终端的高精度轨迹跟踪及防止馈源支撑索力超限,研究了馈源支撑系统星形框架和AB轴机构对目标终端位姿的分配算法。首先,根据馈源支撑系统机构特征,综合馈源舱的重心时变及其采用的回照策略,建立了带有馈源舱回照策略的考虑馈源舱重心时变的悬索牵引并联系统力学模型。然后,为解决AB轴机构与星形框架间的运动耦合问题,设计了两种馈源支撑系统位姿分配算法:优先保障六索索力均衡的位姿分配算法和优先保障馈源接收终端定位精度的位姿分配算法。最后,通过仿真对两种算法在馈源终端定位精度和索力分布情况两个方面的性能进行分析。仿真结果表明:前一算法能使六索索力分配均匀,但是引入了最大1.2°的馈源接收终端指向误差,已超出工程指向精度范围。后一算法的六索索力波动较大,但索力没超限或虚牵,能保证馈源接收终端的位姿,此算法满足工程需求。     

基于结构函数的大口径望远镜中频误差分配研究

为了更好地对于大口径望远镜中频误差进行评价与分配,本文引入了结构函数来进行研究。本文首先对于结构函数的基本性质进行了推导,并与传统的误差均方根(RMS)进行比较,表明了其表征不同尺度误差的能力。之后分析了系统波前在不同的评价尺度下的统计特性差异,得出在较小尺度下,系统的误差分布可以较好的服从正态分布,而随着尺度的增加(如大于100mm)会逐渐偏离正态分布的结论。然后根据结构函数的基本性质,提出了一种可以同时考虑诸多误差源的大口径望远镜中频误差分配方法。结合美国三十米望远镜(TMT)团队所提出的标准化点源敏感性(normalized Point Source Sensitivity,PSSn),建立起了由结构函数到标准化点源敏感性的换算关系,通过此方法来进行误差分配指标间的交叉验证以及与其他单元技术之间的对接。最后,根据本文所提出的方法,对于某大口径望远镜的主镜系统进行了误差分配,得到在大尺度均方根为25nm,粗糙度为1nm,中频尺度为250mm,大气相干长度为0.4m(检测环境)的要求下,该系统的结构函数满足要求,同时由要求结构函数所计算得到的PSSn=0.999 6大于由镜面数据直接得到的PSSn=0.999 5,同样满足要求。     

基于液压支撑的大口径主镜稳像技术

望远镜的俯仰运动会使主镜相对镜室的位置发生改变,进而影响望远镜的稳定成像。为了校正主镜位置变化,本文提出了利用液压支撑对主镜相对镜室位置进行实时控制,实现对主镜稳像的方法。利用实验室现有的1.23mSiC主镜为监测目标搭建了测试系统,设计了基于6个位移传感器的位置监测系统。在未启用和启用液压稳像技术两种状态下,测试了主镜位置变化,并对主镜位置进行解算,试验结果表明液压支撑技术有确实的稳像效果。当镜室转动40°时,未稳像的主镜其X向平移变化为150μm,绕X轴转角为2.5"。采用液压稳像后,X向平移变化减小为3μm而绕X轴转角减小为0.4"。测试结果表明,基于液压支撑的主镜稳像技术可以实现对主镜位置的实时检测和控制。     

基于摩擦模型的反演滑模控制在大型望远镜上的应用

根据永磁同步电机驱动的大型望远镜转台对指向精度与低速跟踪精度的要求,设计了基于摩擦模型的反演滑模控制器。建立了基于摩擦模型与外部扰动的系统模型;然后,按照反演设计方法,设计了离控制输入最远的子系统,在设计过程中加入滑模控制,从而减小非线性摩擦因素与外部风载等对指向精度与跟踪精度的影响。通过理论仿真和实验研究验证了该方法的有效性。结果显示:所设计的反演滑模控制器具有较好的动态响应,对扰动等不确定性因素具有较强的鲁棒性,当位置阶跃指令为4.6″时,稳态误差为0.048 51″,比传统的PI控制算法减小21.4%;当输入斜率为5(″)/s的位置斜坡指令时,稳态跟踪误差为0.031 26″,比传统的PI控制算法减小30.1%。结果表明提出的方法能够提高望远镜控制系统的指向精度和低速跟踪精度。     

FAST深空数据传输速率分析

500 m口径反射面射电望远镜(FAST)是目前世界口径最大、最灵敏的射电天文望远镜.为了分析FAST对深空探测任务的数据传输支持能力,利用数据传输链路预算分析方法,在规定特定工程余量的条件下,详细计算了FAST应用在内行星、外行星及柯伊伯带(Kuiper belt)天体探测任务中的数据传输速率.计算结果表明,FAST等效成口径300 m的地面接收天线,能使目前的深空通信数据下行传输速率提高70~400倍,未来其将会强有力地支持我国的火星、木星等深空探测任务.