MECHANICAL ANALYSIS OF ORBIT TRACKING MOVEMENT OF FEED SYSTEM IN LARGE SPHERICAL RADIO-TELESCOPE

The curve equation and its mechanics analysis of suspended-cable under the condition of end load are given. Then on the basis of it, the mechanical analysis of suspended-cable system for large spherical radio-telescope is studied, and procedures of the control for the orbit tracking movement of the line feed in large spherical radiotelescope are given. The validity of the results mentioned above is confirmed by means of computer simulations.

FAST所受PMT基站电磁干扰及用频防护方法综述

为确定500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)与其周边公众移动通信(Public Mobile Telecommunications,PMT)系统的电磁兼容(electromagnetic compatibility,EMC)特性,本文综合论述了FAST宁静区内中国移动、中国联通和中国电信三大运营商所属PMT基站对其产生的电磁干扰。首先,从射电天文业务的频谱划分谈起,论述了射电天文业务干扰源类型,引出了其运行保护标准,进而针对FAST详细说明了FAST宁静区的用频法规和保护要求;其次,分析了ITU-R建议电波传播预测与干扰分析方法,并通过实地测量验证了该方法的适用性,进一步针对性地分析了PMT基站的电磁辐射传播特性,综合评估了FAST宁静区内PMT基站的干扰情况:FAST宁静区域90.24%的PMT基站在一定程度上均会对FAST产生干扰,而在所选分析条件下,仅有43.14%的数据符合FAST保护要求;最后,针对PMT基站干扰信号的抑制和消除,分析了常用的射电天文射频干扰抑制方法,同时为保障FAST免受PMT基站干扰,从FAST和PMT基站的角度出发论述了可行的用频防护措施,并基于实施难度、经济成本、策略收益和通信质量4类指标建立了防护方法的评估体系,对所提防护方法进行了实例说明。上述研究成果可为保障FAST的安全观测提供技术基础。

基于干扰观测器的Fuzzy-PID控制及应用研究

针对大射电望远镜(LT)悬索粗调系统为一变结构、非线性、慢时变、大滞后、强耦合、多输入多输出柔性结构系统的特点,提出了一种Fuzzy-PID控制和干扰观测器相结合的控制算法来实现馈源轨迹跟踪策略。这种方法通过构造干扰观测器来预测该柔性结构系统的各种干扰,并根据预测到的干扰信息进行补偿以抑制干扰对系统的影响,同时引入Fuzzy控制算法来自适应整定PID控制器的参数实现具有最佳组合的PID控制。最后,对LT悬索-馈源舱控制系统进行了数值仿真,结果表明该控制算法可以较好地满足馈源系统轨迹跟踪精度要求,同时系统具有较强的适应性和鲁棒性。

大射电望远镜馈源指向系统轨迹跟踪免疫PID控制

新一代大射电望远镜(LT)馈源指向跟踪系统具有变结构、非线性、慢时变、大滞后、强耦合、多输入多输出的特点,根据生物免疫系统反馈机理,在分析了常规PID控制和模糊控制算法的基础上,提出了用模糊控制器自动调整免疫系统反馈规律的免疫PID控制器来实现馈源轨迹跟踪的策略.对LT馈源指向跟踪系统的数值仿真实验结果表明,当存在外界随机扰动时该控制算法不仅能满足对馈源轨迹跟踪精度的要求,而且控制系统具有较强的鲁棒性.

球面射电望远镜主动反射面支撑机构运动学分析

针对主动反射面支撑机构的要求,提出一种能够实现一个方向移动和两个方向转动的空间3自由度并联机构。研究了机构的运动学建模方法,构造出运动学的逆解方程和速度传递方程,给出了运动学正解的数值求取方法。系统分析了机构三类奇异位形,以及机构的位置空间和姿态空间。分析结果表明该机构适用于射电望远镜主动反射面支撑机构。研究也为此类机构的尺度设计,路径规划和控制提供了理论依据。

FAST反射面单元在索网变位中的碰撞分析

500m口径球面射电望远镜采用柔性索网作为反射面支撑结构,反射面单元通过专用机构与索网连接,促动器连接下拉索控制索网,实现主动变位。在变位中,反射面单元要自适应于索网的各种变化,同时避免发生碰撞。为了给变位整体运行提供冗余保障,得出反射面单元碰撞分析基本机理及准则,基于索网与反射面单元的结构关系,将反射面单元的碰撞分析转化为对应主索单元的应力分析。通过设定条件下主索单元应力计算方法,对相关反射面单元碰撞问题进行分析。提出了正常变位情况下判别反射面单元碰撞的基本准则。通过计算变位后主索应力变化,提出分析判断正常变位反射面单元碰撞的方法,并提供了分析算例与结果。一定程度初步说明了正常变位条件下索网及反射面变位的合理性。

500m口径球面射电望远镜瞬时抛物面拟合精度的预估与改善

依据500m口径球面射电望远镜(FAST)主动反射面工作原理及相关结构尺寸,基于反射面单元动态面形精度分析研究了FAST瞬时抛物面的拟合精度。首先,以反射面单元为研究对象,自节点开始推导考虑了机构运动的反射面单元动态面形精度计算方法。然后,提取不同区域19块反射面单元的各自9种初始面形工况,给出了分析算例。最后,基于单元动态精度特性,提出瞬时抛物面机械本体拟合精度及考虑馈源照明函数的半光程差拟合精度预估方法,并给出2种改善措施,即扩大可控区至300m抛物面外一层节点靶标,及抛物面周圈节点靶标向球心、中心反向各自偏移4mm。结果表明:反射面单元初始面形应优选面形精度RMS为2mm的波浪式面板。改进控制策略后机械本体拟合精度提高至RMS为3.938mm,优于RMS为5mm的设计指标,此时半光程差拟合精度RMS为0.629mm。该项研究对确定反射面单元初始面形及调节瞬时抛物面拟合精度很有意义。

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。

高灵敏度VLBI和FAST计划

概述了ＶＬＢＩ天体物理的近期发展、主要成就及其受到的灵敏度制约，简要地回顾了目前还处在不太成熟阶段的低频ＶＬＢＩ的探索及近十余年中对提高ＶＬＢＩ灵敏度的硬件和软件两方面的尝试，并在此基础上，着重讨论了我国计划中的ＦＡＳＴ射电望远镜对提高ＶＬＢＩ灵敏度的可能贡献，展望了因为ＦＡＳＴ的参与而获得的中低频高灵敏度ＶＬＢＩ的天体物理课题及其意义。

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。

大射电望远镜精调稳定平台逆动力学分析

在获得了大射电望远镜精调稳定平台逆运动学参数的基础上 ,采用虚功原理对精调稳定平台进行了逆动力学分析 ,获得了进行高精度轨迹跟踪转矩控制所需的广义驱动力 .为精调稳定平台实时运动控制 。

大射电望远镜馈源系统50m模型外界激励响应的检测及分析

大射电望远镜(FAST)馈源索支撑系统由于自身索系结构的柔韧性,风载、冰雹等外界激励使得馈源平台有着不同频率响应和位移响应。外界激励对馈源系统的位移响应及频率响应的抑止是最终实现馈源平台在500 m尺度实现4 mm控制精度的关键。馈源系统对外界激励的位移和频率响应特性的理论分析和模型改正,需要通过模型实验进行验证,目前振动检测主要采用加速度计对振动的幅频进行测量,由于加速度计观测量是相对于加速度计本体坐标系下测量的,无法实现统一坐标系下的运动学分析,本文针对这一问题,采用测量机器人测量技术对50 m尺度模型馈源外界激励响应进行检测,可获得统一坐标系下的振动位移,实现运动学分析。实验中,实测数据的分析获得的馈源系统对外界激励的频谱响应特性与加速计检测结果一致,验证了该方法的正确性和有效性。

大射电望远镜双Stewart平台的馈源精定位控制

研究了大射电望远镜(FAST)馈源的精确定位问题。提出了利用ADRC控制技术来调节与塔柱相连的六根钢索和Stewart平台的六根杆的长度,从而使馈源的实际位姿跟踪馈源的理想位姿,数字仿真表明了该方案的可行性。

FAST反射面面板单元初始间隙

500 m口径射电望远镜(Five-hundred-meter aperture spherical radio telescope,FAST)的反射面由4 450块面板单元组成,面板单元初始间隙的大小直接影响着望远镜的技术指标,初始间隙过大会降低FAST的有效接收面积,从而降低望远镜的灵敏度,初始间隙过小又可能会导致面板单元在某些观测工况下发生碰撞,因此合理确定反射面面板单元安装间缝隙对保证FAST的性能指标意义重大。采用矢量几何的方法给出了面板单元碰撞的判定准则,并根据反射面整体有限元模型的分析结果,结合判定准则,研究了FAST在工作工况下,以及在最不利的促动器故障情形下面板单元的碰撞干涉情况,还给出了面板初始间隙的合理数值,为下一步面板单元的设计提供参数。

基于参数BP网络的自整定PID控制在柔性结构控制中的应用

针对大射电望远镜(LT)悬索粗调系统为一非线性慢时变大滞后柔性系统的特点,提出用参数BP神经网络自整定PID控制器来实现馈源轨迹跟踪策略。仿真研究表明,该控制算法可以很好地满足馈源系统轨迹跟踪高精度要求。

索支撑柔性结构的动力学分析与控制

根据悬索精确的悬链线解析表达式推导出两端固定时悬索初始长度与拉力之间的关系,从而能够精确而高效地获得悬索对两端节点的拉力,在此基础上应用Newton-Euler法建立了舱索系统的动力学简化模型。针对该柔性结构为一非线性、大滞后、强耦合等特点,提出了一种常规PID控制与模糊PID控制并行结合的Fuzzy-PID复合控制算法来实现馈源轨迹跟踪策略。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舱轨迹跟踪精度要求,而且具有较强的鲁棒性。

500m口径射电望远镜索网与面板单元自适应连接机构设计分析

500m口径射电望远镜(Five-hundred-meter aperture spherical radio telescope,FAST)采用柔性索网+刚性面板的设计方案,变位观测过程中索网呈柔性,而面板单元则呈刚性,这就需要在面板和索网节点之间设计自适应连接机构,以避免面板在单元变位过程中受附加应力的影响。因应FAST的技术需求,主要完成了以下工作:进行自适应连接机构的自由度设计及机械设计,建立包含连接机构的FAST反射面整体有限元模型,并通过与理论分析结果的对比,验证了有限元模型的准确性;应用建立的有限元模型,计算索网在变位过程中自适应连接机构的运动范围,为FAST工程提供了必要的设计参数。

500m口径球面射电望远镜柔性馈源支撑系统仿真

为给500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)提供设计优化方案,对其柔性馈源支撑系统进行1:1原型虚拟样机的全程仿真.设计整个仿真模型的控制框架和控制算法;分析系统的运动学、动力学和在干扰载荷下的控制精度.整个仿真工作主要分为对舱-索悬挂系统的动力学分析和系统其他机构、单元的控制仿真分析,前者通过有限元法实现,后者通过多体系统动力学方法和机电控制实现.通过对馈源定位的控制精度评估,可更好地为天文观测提供设计优化方案,降低硬件设计和实验的盲目性与成本,加快研究进程.

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。

巨型射电望远镜缩尺模型安装定位及变形测量

根据射电望远镜安装背架、促动器及主动反射面铝板的精度要求 ,提出了安装定位的测量方案 ;通过对射电望远镜模拟装置的安装定位及模拟运行的性态检测 ,说明了其有效性 ,证明了该方案作业简便 ,精度较高 ,成果可靠 .