大型射电望远镜悬索馈源支撑系统静刚度分析

针对大射电望远镜(LT)悬索支撑系统特殊的结构形式,对6索组成的馈源支撑系统的静刚度进行分析。首先,对舱索系统静平衡方程沿馈源舱运动方向上求导,同时考虑到悬索刚度随其应力变化而呈现几何非线性的特点,给出了馈源支撑系统静刚度的公式。其次,在上面结果的基础上,分析了一个定点位置下馈源舱在外界扰动下的振动情况,通过与大型射电望远镜50 m室外模型振动试验结果相比较,说明了静刚度求解方法的有效性。最后,给出了大型射电望远镜50m模型馈源舱运动空间边缘的悬索应力与馈源支撑系统刚度的关系。     

大型射电望远镜类Stewart平台的奇异性研究

将大型射电望远镜的悬索馈源舱体系统类比于Stewart平台,对其进行奇异性的研究。考虑柔性悬索只能承受拉力的特点和天文观测的要求,分析了馈源舱的可实现工作空间。基于系统的非线性静力平衡方程,根据力传递Jacobian矩阵的行列式和条件数,剖析了工作空间内部的力奇异性。研究结果为确定系统工作空间提供了依据,为改进系统结构设计,消除奇异性提供了参考。     

大射电望远镜馈源舱系统Stewart平台的技术研究

FAST大射电望远镜以中科院国家天文台为研制总体,其Stewart平台作为馈源舱内部接收机平台的精调机构,用于减少和抑制整个馈源舱的风激扰动影响,并对馈源运动轨迹进行精调定位。基于目前馈源舱系统的设计输入,完成了Stewart平台的构型选择和参数确定,进而分别从下平台、上平台和伸缩支杆三方面进行Stewart平台的详细结构设计。在结构设计的基础上,利用有限元分析软件ANSYS分别对下平台、上平台和伸缩支杆进行了力学分析。结果表明,该Stewart平台满足设计需求。     

大射电望远镜馈源舱的结构分析与数据处理

采用通用有限元软件ANSYS建立了馈源舱的有限元模型,基于APDL语言实现了馈源舱在全工作空间内不同姿态的参数化建模。对位于典型姿态的馈源舱结构进行了有限元分析,得到了馈源舱在不同姿态下的刚度变形。通过对全工作空间内不同姿态下馈源舱的刚度分析,得到了不同姿态下馈源舱中各个关键点的变形量,同时给出了单一姿态标定后馈源舱由于刚度变形引入的系统误差,为馈源舱在全工作空间内的控制精度和定位精度分析提供重要参考。     

结构参数对大型射电望远镜舱索并联机构奇异性的影响

与Stewart平台机构相似,大型射电望远镜舱索并联机构存在奇异性问题。在舱索机构开环运动控制模型的基础上,探讨了结构参数对奇异性的影响,找到了通过修改结构参数消除奇异性的方法,给出了设计参数可行域。计算机仿真和模型现场实验证明了设计方法的可行性。     

大型射电望远镜馈源舱对Stewart平台扰动的响应

Stewart平台作为馈源位姿精调机构安装在大型射电望远镜的悬挂馈源舱中 ,与悬索对馈源舱位姿的粗调机构一起 ,构成馈源位姿的两级调整系统。模拟了当Stewart平台对馈源位姿进行精调时 ,馈源舱由于Stewart平台反作用力的扰动而产生的位移响应。根据模拟分析结果和观测精度要求 ,提出了保证馈源位姿两级调整方案成功实施的改进设计     

大型射电望远镜馈源定位3T索牵引并联机构分析与设计

在新一代大型射电望远镜的机构设计中,由于馈源质量的大幅降低,在馈源定位的设计中,提出采用四绳索牵引并联机构,牵引馈源舱实现三个方向的平动运动,达到加大馈源工作空间的目的.为了研究非线性绳索控制机构中的尺度优化设计问题,在已知馈源舱位置的情况下,为解决由于绳索自重导致的悬链线问题,通过将悬链线简化成抛物线的方法,解决悬链线带来的高度非线性静力平衡方程组的求解问题,得到简化的静力学平衡方程.通过建立的简化静力学平衡方程,求解出四绳索牵引并联系统的工作空间与设计参数间的关系,并使用一种以力优化为目标的优化算法得到工作空间中四绳索静力平衡下的精确索拉力和伸长量.通过综合考虑满足条件的参数,最终给出满足设计要求的机构优化尺度参数.     

新一代大射电望远镜机电光一体化设计研究

针对美国Ａｒｅｃｉｂｏ 大射电望远镜（口径３０５ ｍ ）设计方案的不足与对新一代大射电望远镜的要求,提出了全新的机电光一体化设计方案。对悬索馈源系统的非线性随机响应与二次稳定平台的运动精度做了理论分析与计算机仿真研究,结果表明该方案能够满足跟踪精度的要求。     

500m口径球面射电望远镜进舱缆线连接机构的设计及其静力学分析

由于500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meters aperture spherical radio telescope,FAST)的馈源舱与地面之间是柔性连接,其包含动力电缆和信号光缆在内的缆线进舱连接机构的设计较为困难。针对FAST馈源舱是由悬索支撑的特殊结构形式,对3种可能的缆线进舱连接机构的设计方案进行分析比较,并从静力学角度分析悬架于支撑索上的缆线质量对于支撑索张力和舱倾斜角所造成的不利影响。为求解舱-索系统的静力学和工作空间优化问题,从3种设计方案中选择进舱连接通道的支撑索悬链线方程进行分析和求解,建立悬链线参数与舱体静力平衡方程的关系。计算结果表明,3种缆线进舱连接机构的设计方案的不利影响均较小,从力学角度均具备可行性条件。     

大型舱段校正机构设计与仿真分析

大型舱段在卧式对接状态下,受自身载荷作用会发生圆度超差及变形量超差的问题,会使舱段在对接过程中出现协调困难。为了解决这些问题,提出了一种环形校正机构来校正端口的变形量及对接时的圆度。通过ANSYS Workbench软件对舱段端口的圆度超差进行有限元仿真分析,用来确定理想圆度下校形力的大小。同时针对变形量超差的问题,设计了多目标优化的模型来控制和优化校形时端口的变形量,并提供校形力的参考值。结果表明:通过对校形力的优化设计,该校正机构通过施加一定的校形力,能够满足对接面端口的变形量要求及圆度要求,对舱段对接的实现有着重要的意义。     

大射电望远镜精调平台运动精度分析

针对新一代大射电望远镜机电光一体化设计馈源高精度轨迹跟踪要求,提出采用Stewart平台作为馈源运动轨迹跟踪二级精调平台。对Stewart精调平台进行了逆动力学分析;利用上下平台之间的位置向量关系,给邮了Stewart精调平台运动精度分析模型及其轨迹跟踪精调结果。证明了Stewart精调平台用于新一代大射望远镜工程的可行性。     

大射电望远镜舱索系统的控制与实验

大射电望远镜（LT）馈源舱的大范围空间扫描运动是通过6根大跨度的绳索收放来完成的。针对系统中的索结构之间强耦合以及模型变结构的特点，推导了输入索和输出索之间的关系矩阵的递推公式，并证明了递推公式的稳定性和收敛性，在此基础上提出了一种具有神经网络非参数模型自适应控制的方法，最后通过LT50m室外模型实验证明了该算法的有效性。     

大型射电望远镜阵列天线结构设计的考虑

大型射电望远镜阵列由数个规模相同的综合孔径阵组成,其中每个综合孔径阵由数百面对数周期天线构成。该阵列将对宇宙信号进行长期的探测,整个阵列能否稳定工作,取决于阵元天线（单面对数周期天线作为阵列单元）长时间稳定指向特定仰角的能力。经过对阵元及阵列整体结构的多方案比较,给出了合理的结构方案和施工方案。阵列运行结果表明,该设计成本低廉,工作可靠,具有很好的效果。     

模糊控制在大射电望远镜中的应用

针对大射电望远镜悬索粗调系统为一非线性慢时变大滞后系统的特点,提出采用模糊控制来实现馈源轨迹跟踪策略,并与工程上广泛应用的PID控制进行了对比研究,通过对阶跃信号响应的数值仿真,证明了模糊控制在大射电望远镜工程中应用的可行性。     

大射电望远镜精调Stewart平台并联机器人伺服带宽分析

利用有限元通用软件ANSYS建立了大射电望远镜精调Stewart平台并联机器人的有限元模型；采用ANSYS参数化设计语言(APDL)实现了该模型的参数化设计；通过对任意位姿结构进行模态分析，计算出并联机器人在其工作空间内的固有频率分布；根据伺服系统设计原则，确定了该并联机器人的伺服带宽。     

大射电望远镜精调Stewart平台结构刚度分析

建立了大射电望远镜精调Stewart平台的有限元模型,对其位于典型工作位置的结构进行了刚度和模态分析。利用Ansys参数化设计语言(APDL)实现有限元模型的参数化设计,使之能对锁定在不同位姿的Stewart平台结构进行刚度和模态分析,从而计算出Stewart平台在其任务空间内的刚度和固有频率分布。根据伺服系统设计准则,进一步确定了Stewart平台的伺服带宽。