大射电望远镜精调平台建模与控制系统方案研究

针对Stewart结构作为大射电望远镜精调平台使用，推导了其数字模型，采用最新的ADRC控制算法对精调平台的控制进行了仿真研究，给出两种具体的控制实现方案，并对它们进行了实验研究。实验结果为大射电望远镜项目的实际控制作了非常必要的前期工作。     

球面并联机构的结构降耦及其位置正解求解

基于一般结构的S+3-SPS球面机构的耦合度分析,通过动平台二球副重合的方法,使之结构降耦演变为0耦合度球面机构,并得到其位置正解的解析解;而对于k=1的一般结构的S+3-SPS,虚设一条支链使机构包含k=0的零耦合度机构,再在约束度为-1的支链上建立一个一元运动相容性方程,并采用一维搜索法求得全部正解数值解。这种基于耦合度分析的求解并联机构位置正解的程式化通用方法,易于实现计算机自动生成,并适用于其它含SPS支链并联机构位置正解的快速求解。     

FAST反射面支承索网结构的初始状态求解

500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter aperture spherical telescope,FAST)是人类探索宇宙的重要工具,FAST反射面的支承索网结构是一种轻量便捷的新型驱动机构,但是柔索只能承受张力,且刚度很小,定位精度低,这使得动态特性建模和分析十分困难。利用变分原理建立FAST反射面的支承索网结构的数学模型,该模型引入了大量非线性方程组,针对求解该非线性方程组提出一种逐层替代法算法,采用该算法能够求解FAST数学模型,进而得到FAST反射面索网结构的初始状态及其索网中各个主索端点处的拉力和索网中各节点的位置。这种算法为FAST索网中各节点在拉索拉力作用下由初始状态调节到张紧状态给定了精确的参考位置;同时也为FAST索网由张紧状态到工作状态的数学模型的非线性方程组提供解的初值。为了验证该算法求解FAST的缩小模型,从计算结果来看采用该方法所求得解的精度远远高于设计要求。     

任意结构数控机床机构运动学建模与求解

建立了一种适合于任意结构数控机床的机构模型与运动模型及机床运动求解的通用方法。对于具有任意轴数、轴运动方向为空间任意方向的数控机床,均可通过机床机构的型和结构参数来描述其机构模型,并据此建立其运动模型和进行机床运动求解。     

大射电望远镜馈源舱AB轴机构转动装置的优化设计

从大射电望远镜馈源舱AB轴机构转动装置的结构出发,分析目前AB轴机构设计中驱动力矩过大的原因,完成AB轴机构转动装置的优化设计。在目前AB轴机构的结构设计基础上,从A轴、B轴驱动的负载力矩出发,对A轴、B轴的转动装置进行了结构优化,重新设计了转动中心的位置,通过有限元仿真分析,得出了优化前后AB轴机构的结构变形。结果表明:优化后AB轴机构的最大变形量较改进前有所减小。     

应用Lon Works现场总线技术的索网反射面控制系统设计

提出基于Lon Works现场总线的大射电望远镜索网反射面节点控制方法,节点控制器采用嵌入式技术设计。该系统使用32位ARM微处理器AT91RM9200与神经元芯片Neuron3120xx,以主从CPU的形式构成节点控制器,实现对现场数据的处理和电动机的控制。系统具有网络节点分布灵活、节点容量大、控制实时性好,能很好地满足大射电望远镜索网反射面的节点控制要求。     

光纤光栅传感器在500m口径球面射电望远镜工程索网施工阶段的应用

500m口径球面射电望远镜（FAST）的主动反射面系统由圈梁、反射面单元、主索网及下拉索、促动器和地锚等组成,工程索网施工阶段会对支撑索网结构的圈梁及格构柱结构产生复杂多变的应力影响。为实现对圈梁及格构柱结构精准的应力监测,将光纤光栅传感器应用于圈梁及格构柱结构的索网施工过程监测中。介绍了传感器原理、测点布设、数据采集及数据分析方法。根据FAST索网施工过程监测的特点,基于3σ准则提出了一种新的异常数据处理方法,并利用该方法进行异常数据的分析与剔除。对实测数据进行分析,结果表明,在索网施工过程中圈梁测点的应力始终小于安全值201.5MPa,格构柱测点的应力也一直处于安全范围内,且随着索网施工的进行,其应力变化具有一定的规律性。该光纤光栅传感器监测方法在FAST索网施工阶段得到了良好的应用。     

基于拓扑结构分析的求解6-SPS并联机构位置正解的研究

建立机构拓扑结构复杂性和位置正解求解难易性的关系,提出按机构耦合度k大小来分类求解并联机构位置正解全部实数解的数值法,可使正解问题求解容易,具体内容包括：对39种不同构型的6-SPS并联机构,按6种基本机型、33种衍生机型的拓扑结构及其耦合度值分为k=0、1、2、3四类,分析得到了动平台边数、支链类型影响耦合度k值大小的规律。对不同k值的并联机构的位置正解求解指明明确的求解方向,即：对k=0的机构可容易地直接求解其解析正解;对k>0的机构,通过虚设k个SPS型支链,使之转化为k=0的虚拟并联机构,并基于杆长条件建立k个仅含一个变量的杆长相容性方程,再采用k维搜索法求出实数解。以六自由度球面Stewart机构为例,给出了求解耦合度k=1的任意6-DOF SPS并联机构位置正解全部实数解一维搜索法的具体步骤。这种基于拓扑结构分析的6-SPS并联机构位置正解求解的数值法,求解原理简单,计算量小,且具有一般意义。     

空间机构位置分析的矢量回归法

本语文给出了一适中矢量回归公式,用来解决空间机构位置分析问题。该方法不需要引入坐标系,计算量小,具有通用性,易于写电算程序,是一种易于掌握的简便方法。     

分布式柔性机构拓扑优化设计的理论和算法

将连续体结构的拓扑优化技术应用到分布式柔性机构的设计中,基于变密度法和优化准则法推导并建立柔性机构拓扑优化的一种显式的设计变量收敛格式。结合分布式柔性机构优化设计的人工弹簧模型和虚拟载荷法,提出一种新型的分布式柔性机构拓扑优化设计的多准则优化模型,同时综合考虑柔性机构设计的机械效率要求和结构的刚度要求,并利用伴随敏度分析法进行敏度分析。数值算例证明研究方法的有效性,并分析和讨论优化模型和收敛格式中有关优化设计参数对柔性机构优化设计结果的影响。用激光快速成形技术验证柔性机构概念设计的合理性。     

索原长求解算法在索驱动并联机构运动学研究中的应用

介绍了大射电望远镜（LT）索支撑馈源系统附加被动控制索系的设计方案,建立了该构型的运动学正逆解模型。基于Jayaraman等推导的悬链线索元有限元理论,通过迭代法求解出倾斜索索端张力已知情况下的索原长;运用索原长求解技术求取LT舱索系统的运动学正逆解模型;分别运用正逆解模型对LT500m馈源舱的运动进行仿真分析,验证了正逆解算法的快速收敛性和稳定性。研究结果为大跨度柔索并联机器人（WDPR）运动的实时控制奠定了理论基础。     

混合驱动柔索并联机器人的设计与分析

为了使柔索并联机器人高效率、大负载、高性能的运动输出,根据并联机器人机构结构综合理论,设计一种新型混合驱动柔索并联机器人机构,给出机构虚拟样机模型,该机构通过混合驱动平面五连杆并联机构驱动柔索牵引末端执行器完成期望轨迹跟踪运动。基于牛顿—欧拉方法,建立混合驱动柔索并联机器人系统的动力学方程,结合实例进行力学分析和数值仿真。结果表明,混合驱动柔索并联机器人机构设计合理,数学模型正确,为混合驱动柔索并联机器人物理样机设计制造和控制系统的设计提供了理论依据。     

缆索涂装机器人(CPR)爬升机构的研制

提出了特种机器人技术在缆索清洗、涂装、检查方面应用的新思想。在缆索人工涂装的基础上,研制了不同阶段的爬升机构模型,并提出了适于螺旋六棱柱缆索爬升的新机构。解决了机器人在大倾斜度缆索上爬升的难题,为特种机器人在极限环境中的应用提供了一个新的范例。     

索系馈源支撑结构控制方法的研究

大射望远镜(LT)采用六根大跨度的钢索驱动馈源舱完成大范围扫描跟踪。针对系统中的索结构之间强耦合以及模型变结构的特点,基于非参数自适应技术,提了一种具有神经网络自适应反馈控制的方法。该方法对于馈源舱做空间轨迹跟踪时索质量时变具有一定的鲁帮性。LT50m模型实验结果表明馈源舱的定位精度达到1．5cm。     

类Stewart平台并联索系结构的运动学分析

介绍了大射电望远镜光机电一体化设计方案,根据贵州ＫＡＲＳＴ地貌的地理位置推导出了线馈源的扫描运动轨迹,由悬链线方程得到了悬索挠度与索张力的求解方法,并对六悬索并联索系结构进行了运动学描述和分析,提出了悬索长度控制实时性问题的解决办法,最后给出了动态检测的悬索末端坐标的计算式。     

核主泵螺栓检测装置的环形轨道平台位姿调控并联机构综合

主泵中空法兰螺栓在线检测装置轨道平台作为整个装置的运行基准,其位姿调控是实现精准超声检测的核心技术;将装置末端超声探头定位、倾摆、偏航误差映射为轨道平台的几何形态误差;提出基于形位测度思路的轨道平台调控机制.即将环形轨道、主泵筒体映射为并联机构的动、静平台,轨道平台与主泵主体六自由度相对位姿调控过程分解为具有几何意义的...     

大射电望远镜馈源精调试验平台的运动学研究

设计了一种包含两级 Stewart平台构型的大型球面射电望远镜馈源精调试验平台 ,该平台具有位姿实时测量和跟踪定位功能。文中详细讨论了试验平台运动学正逆解的求解方法 ,并按照几何约束条件验证了它的工作空间 ,这些工作可为大射电望远镜馈源支撑系统的结构优化设计提供有益的依据。     

Stewart平台对大型射电望远镜反作用力的研究

Stewart平台作为馈源位置和姿态精调系统被安装在大型射电望远镜的悬挂馈源舱中。本文推导了计算馈源舱中的 Stewart平台对舱体反作用力的公式 ,分析了馈源舱体姿态 ,Stewart平台的质量、调整速度与反作用力间的关系。研究结果为设计馈源舱与 Stewart平台的质量比 ,消除平台对舱体的动力影响打下了基础     

基于数据挖掘的机构设计知识库建立及求解

分析了机构设计特点、步骤及设计知识构成,提出了基于数据挖掘原理的多维立方体数据模型及形成的知识库;该知识库根据功能分析法由实体层、方法层及创新工具库组成,便于查询,利于创新方案的生成;介绍了求解知识库的数据挖掘系统的组成及决策树算法;最后以一设计实例说明了知识库求解的过程。     

大射电望远镜舱索系统的神经网络预测模型的建立

由大跨度柔性悬索拖动馈源舱运动来实现其精确定位的新型大射电望远镜(LT)具有变结构、非线性、大滞后、多输入多输出的特点,传统的建模方法已很难建立起其精确的数学模型,这里提出了采用BP神经网络进行辨识建模的思想．考虑到基于标准BP算法的神经网络收敛速度慢、易于陷入局部极小值的不足,提出了基于数值优化的L—M(Levenberg-Marquardt)训练算法。应用Matlab6．x中的神经网络工具箱实现了系统的仿真．实验结果表明,采用这种方法可成功地建立舱索系统模型,无论其学习能力还是泛化能力都得到了很好的效果,且其收敛速度大大提高。