LT50m缩比模型舱索系统与Stewart平台动力学耦合分析

安装在大型射电望远镜(LT)悬挂馈源舱中的精调Stewart平台子系统与舱索粗调子系统之间存在动力学耦合，通过在LT原六索设计方案中增加下拉主动索系构成八索方案可以提高舱索系统的刚度，降低两级调整系统之间的耦合。在两级调整系统耦合动力学模型的基础上，针对LT50m模型的六索和八索设计方案进行了刚柔混合多体系统动力学仿真。结果表明，八索设计方案能够显著地降低二者之间的耦合，是系统解耦的一种有效途径。     

舱索系统的非线性静力学分析与索长解算

根据悬索悬链线方程推导出索端拉力解析表达式的简单形式,并将其应用到舱索系统的非线性静力学平衡方程中。推导出相应的Jacobian矩阵之后采用具有二次收敛性的Newton-Raphson迭代法进行求解,得到更快的求解速度以满足控制的要求。求解过程中采用优化策略得到更为均匀的悬索拉力。最后在数值算例中验证了模型的正确性。     

双模糊控制在柔性结构控制中的应用

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、柔性结构系统的特点,提出了带有比例积分校正环节的双模糊控制器来实现馈源舱轨迹跟踪策略,并通过调整因子来优化控制规则.仿真结果表明 ,文中的控制效果优于常规控制器（PID）和单模糊控制器.所提方法可推广到多模糊控制并可用来解决其它非线性控制问题.     

考虑柔索垂度影响的索支撑系统静刚度

大射电望远镜的索支撑系统由于工作空间巨大,刚度分析时必须考虑柔索垂度的影响.为此,基于弹性悬链线方程推导出柔索的索端张力与索长之间的关系,建立索支撑系统的静力学模型.在此基础上,根据索端张力与舱体位移之间的非线性关系推导出作用在舱体上的柔索合力与舱体位移之间的增量关系,从而获得系统静刚度矩阵的解析表达式.利用数值算例证明分析方法的正确性,在算例中给出索支撑系统在某点处的刚度矩阵及其在工作空间内的刚度分布.分析结果表明索支撑系统绕舱体中轴的转动刚度相对薄弱.     

柔索驱动并联机器人动力学建模与数值仿真

柔索驱动并联机器人采用柔索代替连杆作为驱动元件,并结合了并联机构和柔索驱动的优点。500 m口径大射电望远镜(Five-hundred meter aperture spherical radio telescope, FAST)粗调系统通过6根索长的协调变化使馈源舱作跟踪射电源的6自由度运动,其工作特点与并联机器人类似,因此可被看作柔索驱动并联机器人。基于此,根据FAST 5 m缩比试验模型,首先应用悬链线解析表达式推导出柔索两端固定时索端拉力与索长之间的关系,用于求解特定长度的驱动柔索对处于某一位姿的馈源舱的作用力。其次,对该舱索系统进行逆运动学分析,采用拉格朗日方程建立柔索驱动并联机器人的逆动力学模型。最后,针对FAST 5 m缩比模型的设计方案进行动力学仿真,数值结果表明该动力学建模是合理的。     

大射电望远镜柔性Stewart平台的动力学分析与控制

根据KED方法建立了柔性支腿Stewart平台的动力学模型。针对该机构为一非线性、强耦合、多输入多输出等特点,提出一种干扰观测器和基于优化神经网络结构的PID控制器(PID-NNC)相结合的控制算法来实现大射电望远镜(LT)馈源高精度轨迹跟踪。这种新方法通过构造干扰观测器来观测柔性Stewart平台的各种干扰,并对观测到的干扰信息进行补偿以抑制干扰对系统的影响,同时采用PID-NNC进行动态解耦控制。理论分析和仿真实验结果表明,该控制算法不仅能满足馈源轨迹跟踪高精度要求,而且具有较强的鲁棒性。     

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。     

空间相机镜筒柔性支撑结构设计与动力学分析

为了减小卫星平台的随机振动对空间相机像质的影响,为空间相机的镜筒设计了一套柔性支撑结构,并对柔性结构的动力学特性进行了深入研究.首先,在镜筒及其支座之间放置2mm厚的橡胶环,使镜筒和支撑之间形成柔性连接.然后,应用参数识别的方法对柔性支撑的迟滞阻尼特性进行分析,得到其刚度系数和阻尼系数随频率变化的公式.最后,使用拉格朗日法建立整个系统的动力学方程,得到镜筒质心位置位移和转角随频率变化的曲线.动力学分析结果表明:当振动频率大于663Hz时,位移传递率小于0.6;当频率大于974Hz时,转角变化范围在(0.046±0.050)°之间;满足设计要求.柔性支撑结构对高频振动抑制效果显著,可以为空间相机提供一个稳定的工作环境.     

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。     

柔性机器人动力学分析与振动控制研究综述

综述了柔性机器人动力学分析与振动控制的研究现状，对变形的描述、变形场的离散化、建模方法、近似分析减振结构设计及关节作动系统控制律设计等关键问题进行了详细阐述。     

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。     

50米口径射电望远镜天线结构静动力分析

50m口径射电望远镜天线结构主要由座架和反射体等组成。将座架和反射体进行耦合,建立了有限元分析模型,在此基础上对耦合的整体结构进行了多工况静力、动力分析。计算结果表明50m天线结构设计达到了指向精度和固有频率的指标要求,为工程实施提供了理论依据。     

柔性机械臂逆动力学问题的分析和求解

柔性臂系统的逆动力学问题,是指在已知期望末端操作器运动轨迹的情况下,结合逆运动学与动力学方程对关节力矩进行求解。本文采用割线坐标系对机械臂的运动进行了描述,并分快变（振动）和慢变两方面进行逆动力学问题的分析与求解。在对快变部分逆动力学性质的分析中发现,快变部分精确的逆动力学解是发散的。在进行柔性机械臂逆动力学求解时,应在慢变的意义上进行。文中给出了一种去掉系统快变部分的简单方法,并进行了逆动力学求解。数值仿真结果表明,该处理方法是合理的。     

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。     

大口径射电望远镜伺服时滞因素分析及其预测补偿控制

射电望远镜控制系统是一个多变量复杂系统,伺服系统中的摩擦、齿轮间隙等众多时滞因素严重影响着射电望远镜系统的精度和稳定性。文中针对大口径射电望远镜伺服控制系统中的时滞因素进行研究。以模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）为主控器,利用模糊比例–积分（Proportional-Integral, PI）控制结合Smith预估器解决时滞因素带来的影响,并利用所提出的控制方法对射电望远镜的位置控制系统进行时域分析。研究结果表明,在时滞因素影响下,大口径射电望远镜伺服控制系统依旧可以保持稳定,超调量为0.6%,稳态误差小于0.15%,满足大口径天线1.39%的指向精度要求。     

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。     

气动柔性球关节的模糊PID控制

介绍了新型气动柔性球关节，讨论了其控制方法。综合模糊控制和PID控制的特点。设计了针对气动柔性球关节的模糊PID控制器，实现对球关节弯曲角度、偏转方向等系统参数的动态控制。实验结果表明，模糊PID控制可以实时准确地对气动柔性球关节进行控制。设计的控制系统可以作为气动柔性球关节的有效控制系统，用于进行相关研究。