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LabVIEW的大望远镜直线位移传感器测量系统*

利用LabVIEW软件及采集设备研制了一套基于虚拟仪器技术的大望远镜中直线位移传感器测量系统。对大望远镜主镜位置测量中的直线位移传感器（LVDT）特性进行测量标定,获得直线位移传感器灵敏度、基本误差、线性度、重复性、往返回程误差,以便为下一步大望远镜主镜位置解算提供依据。测试结果表明,搭建的测试系统满足直线位移传感器测试需求,界面操作简单友好,直线位移传感器的精度指标达到位置解算要求,该测试系统具有一定通用性,也可用于测试其他直线位移传感器。     

LT50 m模型柔性Stewart平台的运动精度分析

基于刚柔混合多体系统动力学的模态综合法研究了LT50 m模型中精调稳定Stewart平台的动力学问题,计算了支腿弹性变形对Stewart平台定位精度的影响。仿真结果表明,在LT50 m模型中,相对于实验获得的支腿进给误差和Stewart平台固有的加工制造误差对系统定位精度造成的影响,支腿的弹性变形可以忽略不计。     

滚轮轴线空间夹角检测方法探讨

滚动摩擦传动中,主、从动轮旋转轴线在空间的理想位置是平行的。但由于安装等原因旋转轴线之间存在夹角。夹角的存在影响传动精度。本文针对这一问题,提出了适用于不同场合的三种检测方法：光学检测法;轴向位移检测法和直接调整法。这些方法经过实验证明效果很好。前两种方法能够保证主、从动轮的扭转夹角控制在30＂以内。摩擦传动试验装置采用光学检测法调整后,长时间平稳运行的低速可达0．2＂／s,运动位置精度RMS值为0．01”左右。30分钟内低速可达0．05＂／s,位置精度RMS值为0．009＂左右。本文提出的调整方法虽然针对滚动摩擦传动的,但对其他的精密机械和精密仪器的调整也有一定的参考价值。     

光纤Bragg光栅应变计在500m口径球面射电望远镜工程索力监测中的应用

为了实时监测500m口径球面射电望远镜(FAST)索网支承结构的典型索力,避免传统索力监测方法对索网支承结构的影响和工作中的电磁干扰,提出了一种间接获取索力值的方法。该方法使用光纤布拉格光栅(FBG)传感器监测索头应变值来间接测量索力。测量时将FBG应变计与补偿温度计通过专用安装底座焊接于索头线性应变区域轴向,防止直接焊接对索头结构性能的影响;然后使用温度应变补偿法补偿温度变化对FBG应变计测量结果的影响。在索体出厂预张拉过程中对该方法进行标定得到相关索力换算公式系数,从而在实际工程应用中实现了索力的测量。试验结果表明,索力与索头应变线性拟合度高达0.98,实际测量中绝对误差均方差为1.38t,在FAST工程主索工作索力范围内相对误差优于3%,满足工程需求。该方法无电磁干扰,耐用性久,布线灵活简单,已成功应用于FAST工程中的316根典型主索的索力监测中。     

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.     

利用CCD实现望远系统视差自动测试的研究

视差现象的存在影响了望远系统测量瞄准的精度.针对平行光管法和视度筒法检测视差的局限性,提出了一种基于CCD图像传感器和数字图像处理技术的望远系统视差自动测试方法,论述并推导了视差的测试原理及公式,利用设计的测试系统实现了望远系统视差的数字化测试.给出的测试结果表明,与传统测试方法相比,该测试系统具有快速准确、定量直观的特点.最后分析了影响测试精度的因素.     

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷遥测方法的研究

介绍了一种基于TDLAS技术的望远镜收发系统的设计原理,通过对吸收池内标准浓度CH4的测量,标定了测量的准确性。在此基础上,对40 m的开放光程下CH4进行不同工况测量,验证了系统具有良好的时间响应性。系统的最小可探测极限约为5.48×10-5m/m。研究证明,该系统可以满足工业气体的在线监测需求。此外,该系统还可以方便用于远程监测H2S、CO、NH3等危险性气体的泄露。