可见光粗跟踪成像镜头光机结构设计

为某在研地基光学望远镜设备设计了300 mm口径的可见光粗跟踪成像镜头的光机结构。采用弯月形结构优化使主镜重量减少了41.2%。针对传统胶粘接固定结构的不足提出了采用弹性压紧方式的主镜支撑结构,采用Patran有限元仿真软件对不同倾角、不同温度状态下,带支撑的主镜面形精度进行了分析;制定了装调方案,室内采用Zygo干涉仪检测带支撑的主镜面形精度检测结果为0.04λ(RMS),可见光波长λ的设计参考值为0.633μm,长焦端和短焦端的系统波像差均为0.132λ(RMS);室内采用平行光管进行星点检验、分辨率检验和外场对北极星成像试验结果显示,系统成像质量满足设备要求;验证了主镜支撑结构和镜头光机结构设计的合理性,为研制同类型镜头的光机结构提供了设计依据和技术途径。

上海65m射电望远镜非均匀温度场及其效应

在最不利气候条件下(7月15日)研究了上海65m射电望远镜的非均匀温度场及其效应,以掌握其主反射面面型精度在不同风速下受非均匀温度场的影响规律。研究了考虑构件尺寸效应的空气对流、天空辐射以及地面辐射等温度场关键影响因素的计算方法,并建立了温度场分析的有限元模型;对3种典型风速下的非均匀温度场进行分析,并将所得到的非均匀温度场施加到主反射面上,研究了不同风速下反射面精度受非均匀温度场的影响规律,即各节点实际坐标拟合抛物面误差均方根(RMS)随时间的变化规律。结果表明:在年平均风速3.2m/s条件下,射电望远镜结构的RMS最大值为0.44mm。当风速由1.0m/s增大到10.0m/s时,RMS最大值由0.56mm减小到0.35mm,且风速越大非均匀温度场对反射面精度的影响越小。该研究成果可为此类望远镜结构的温度场监测、传感器布设、以及热变形控制措施的选取提供参考信息。

一种柔索并联机器人的可达工作空间分析与刚度评价

大射电望远镜(LT)馈源柔索支撑系统可视为一种柔索并联机器人(WDPR).基于馈源柔索支撑系统的非线性力学模型,引入张力、球铰和索长约束条件,确定了WDPR的可达工作空间.进而,借助于有限元分析方法,利用静刚度阵的最小奇异值来评价该机器人的刚度性能.通过对LT50 m WDPR缩尺模型的空间运动数值仿真,绘制了三维可达工作空间图形及刚度曲面.分析结果表明,张力约束条件对LT可达工作空间影响最大,WDPR机器人与Stewart平台的刚度有明显差异.

柔索驱动并联机器人变态模型相似性分析

分析了大跨度柔索驱动并联机器人(wire driven parallel robot,WDPR)变态模型的预测系数及相似度问题.建立了大射电望远镜(large radio telescope,LT)中WDPR系统的索张力和基频的相似性经验公式,并以此为基础获得了索张力和基频的预测系数.运用模糊数学理论确定出相似度的表达式.最后,通过模型试验和仿真分析验证出预测系数的有效性和相似度定义的合理性.研究理论为LT变态模型的试验奠定了基础.同时,研究方法也可应用到其它变态模型的相似性研究中.

柔索驱动并联机器人的误差分析及其标定仿真

建立了大射电望远镜(Large Radio Telescope-LT)中柔索驱动并联机器人(Wire Driven Parallel Ro-bot-WDPR)系统的末端误差模型,用正向运动学标定方式对LT5m缩比模型的运动学参数做了辨识。首先,建立LT舱索系统的运动学正、逆解模型;接着,在运动学分析的基础上建立了其误差模型,得到影响末端位姿误差的各项参数;最后,对LT5m柔索并联机构的标定过程作了模拟,验证算法的有效性。结果显示该算法收敛性好,忽略测量误差的情况下能够保证运动学参数具有很高的标定精度,从而为提高LT5m模型的控制精度奠定了理论基础。

连续变焦望远镜中调焦机构位置误差的测量

介绍采用两台双频激光干涉仪同时测量连续变焦电视望远镜中变倍组和补偿组位置误差的方法，分析了影响测量精度的原因。这种非接触式测量方法，测量精度高，调整方便，并且引进的附加误差少。

TDIFLC算法在悬索定位系统中的应用仿真

该文在全面深入了解大射电望远镜FAST光机电一体化创新设计方案的设计思想和技术指标的基础上,针对悬索馈源系统为一非线性、时变、大滞后、多变量耦合系统,精确的数学模型难以建立,采用经典控制理论与现代控制理论进行系统的分析和设计比较困难,甚至无法获得比较理想的运行效果。因此,联系FAST50m模型的定位控制策略,提出了基于非线性跟踪微分器的插值模糊控制算法(TD IFLC),并以FAST50m模型的悬索馈源定位系统为控制对象,对其进行分析和数值仿真,仿真结果证明了此种控制算法的可行性和高效性。同时,它结构简单,易于工程实现。

“中国天眼”圈梁建造关键技术研究与应用

位于我国贵州南部山区的世界最大射电望远镜"中国天眼"建造条件极其复杂,500 m超大直径圈梁作为支撑整个巨型望远镜的主要承载结构,其重要性不言而喻。基于圈梁结构体系的结构特点和台址周边的山体环境,研发和设计了适用于复杂山区条件下的高空多向组合滑移技术和成套设备,解决了圈梁分块高空运输、高空移位和高空吊装的难题。该技术的研发和应用不仅缩短了施工工期,提高了安装精度,还保护了山体的生态环境,获得良好的经济和社会效益。该技术为以后在复杂山区大直径圈梁的建造提供了参考。"中国天眼"——500 m口径球面射电望远镜(FAST)工程获第十八届中国土木工程詹天佑奖。

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。

附加被动控制索系的柔索并联机器人的优化设计和振动分析

大射电望远镜馈源支撑系统是一类欠约束型索牵引并联机器人。对附加被动控制索系的此并联机构首次从整个工作空间优化设计的角度建立其优化模型,并用实验和数值仿真验证其抑振的有效性。首先,基于动平台的非线性静平衡方程提出系统的两层规划模型;其次,在iSIGHT软件平台上对LT5 m被动控制构型的设计参数进行优化求解;最后,通过数值仿真及实验分别比较有无附加被动控制索系结构的振动特性。结果显示,仿真与实验结果的最大振幅基本一致,LT新构型可以显著抑制系统的风振。研究结论为欠约束型WDPR(wire driven parallel robot)系统的减振提供新思路,并对LT500 m工程的结构设计有很好的借鉴作用。

大射电望远镜新构型的结构优化设计、虚牵索的抑制分析及风致振动实验研究

大射电望远镜馈源柔索支撑系统是一类大跨度柔索并联机器人(WDPR)。为了抑制悬索虚牵和馈源舱的风致振动,提出了在此机器人的动平台上增加盛液容器的结构新方案。首先,运用Guldin定理确定轮胎状附加容器中液体体积在并联机器人的不同俯仰角度处的静态分布规律,进而建立此机构的力学模型;其次,建立WDPR非线性两层优化模型,并应用遗传算法获得LT500 m附加容器结构的优化参数;最后,从数值分析和实验两种途径分别检验新方案克服悬索虚牵和抑制风振的效果。分析与实验结果表明与原构型相比,该结构方案能够抑制悬索的虚牵和风致振动。