基于BP神经网络的FAST馈源舱融合测量预测研究

500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope,FAST)的跟踪观测需要馈源的空间运动配合,馈源舱主要用于实现馈源的精调定位,因此馈源舱位置的高精度测量对FAST望远镜的高效运行意义重大。但当全站仪设备失效时,无法对采用Kalman算法的GPS/IMU融合测量结果进行修正,导致馈源舱测量精度下降。为了解决这个问题,设计了基于BP(back propagation)神经网络的预测模型,包括数据预处理、模型设计和模型训练验证。模型训练数据为FAST真实测量数据,数据量为40 GB左右。为了验证模型的泛化能力,选取三种运动轨迹数据对模型预测精度进行测试,结果显示,三种运动轨迹下精度都满足15 mm要求。

基于数据驱动的FAST主动反射面调节优化模型

针对500 m口径球面射电望远镜(five-hundred-meter aperture spherical radio telescope,FAST)的主动反射面调节问题,利用旋转抛物面在三维空间中的定义建立了一个对任意天体角度均适用的工作抛物面方程,该方法不同于以往的坐标旋转的方法。利用反射面板重心点作为反射点,将反射接收比定义为能把光线反射到馈源舱被其接收的面板数量与300 m口径工作抛物面下总面板数量的比值。结合主索节点径向伸缩距离、边界平稳过度和邻接距离变化幅度三个约束条件,以接收比最大化作为目标函数,建立了一个工作抛物面优化模型,并利用节点数据和模拟退火算法对其进行求解,得到了工作理想抛物面。选用两组天体角度进行实例分析,结果显示调节后的接收比增大12.82%,并给出了工作主索节点的部分径向调节方案。本研究为FAST对于任意天体角度的变形提供了一种新的建模方法,也对馈源舱反射接收比提出了一种新的计算方式。

高空舱进气环境压力模拟新型自抗扰控制

高空舱进气环境压力模拟控制系统在发动机开展过渡态试验中存在强气流扰动及大量随机噪声干扰,为此,提出新型非线性状态误差反馈函数xal及在结构上引入总扰动状态变量反馈环节来设计扩张状态观测器算法(记作xal-ESO),并以此提出基于xal-ESO的高空舱进气环境压力模拟新型自抗扰控制方法。借助数值仿真对比所提出的xal-ESO与常见ESO在状态与总扰动方面的估计能力,结果表明xal-ESO能有效抑制系统输出噪声并取得较好的估计品质。基于系统核心设备模型搭建高空舱进气环境压力模拟仿真平台并进行工程试验,对比了基于xal-ESO的自抗扰控制与当前工程中使用的线性自抗扰控制的进气环境压力控制效果,试验结果显示线性自抗扰控制方法受噪声影响明显,而所提出的新型自抗扰控制方法在发动机过渡态试验中跟踪进气压力时超调量降低了58.70%,稳态误差降低了95.71%,表明该方法能够有效提升高空舱进气环境压力模拟效果,提升发动机过渡态性能评价的准确性。

常压低氧高二氧化碳清洁级动物饲养舱的研制

目的:研制在清洁级条件下符合复制低氧高二氧化碳性肺动脉高压和右心室肥大动物模型的清洁级动物饲养舱。方法:采用隔离密封的结构和电气控制技术,建立起均匀混合各种气体浓度的动物饲养舱。结果:通过电气控制舱内氧与二氧化碳浓度,使舱内饲养的动物出现明显的肺动脉高压与右心室肥大,光镜与电镜下出现符合低氧性肺动脉高压的病理改变。结论:该饲养舱适合用清洁级动物复制慢性低氧(高二氧化碳)性肺动脉高压的动物模型。

大型射电望远镜悬挂馈源结构的非线性力学分析

从降低风荷的角度 ,设计了大型射电望远镜的悬挂馈源舱体外形及舱内框架支撑结构 .对馈源悬挂系统进行了非线性有限元静力分析 ,结合优化方法 ,联立迭代求解了馈源舱体的位置、姿态、悬索的悬链线、张力和长度 ,为进一步系统地模拟分析非线性馈源悬挂系统在随机风荷作用下的风振响应奠定了基础 .

大型射电望远镜悬挂馈源的风振模拟

基于随机过程理论和数值模拟方法 ,提出了利用 MATL AB软件模拟生成随机风荷的一种新途径。分析了 5 0 0 m口径大型射电望远镜 ( FAST)悬挂馈源结构在随机风荷下的非线性动力响应 ,为设计馈源稳定平台的运动控制范围提供了依据。

提高超大型天线索支撑结构刚度的方法及其对电性能的影响

针对新一代大型球面射电望远镜馈源舱索支撑结构存在扭转刚度低的问题,提出增加稳定索系以提高扭转刚度的方法。稳定索系由3根下拉索构成,每根稳定索的上端与馈源舱连接,下端通过导向滑轮与吊重相连。在馈源舱支撑结构因外部扰动发生振动时,稳定索系起到动力吸振作用,有效提高结构的刚度。考虑大跨度悬索自重对悬索形状和张力的影响,建立包含稳定索系在内的馈源舱索支撑结构的系统非线性平衡方程。给出在外部干扰作用下,改型前后结构位移响应的对比,并通过5m试验模型验证该方法的有效性。进而,绘制天线方向图,从增益、第一副瓣电平、交叉极化等方面,对增加稳定索系可能带来的对天线电性能的影响进行定量分析。理论分析与试验结果说明,增加稳定索系的支撑方案可以应用于500m天线工程。

大型射电望远镜悬挂馈源舱体结构的振动控制

将结构被动控制技术推广应用于射电天文领域。提出拉索 -吊重振动控制方案 ,控制新一代大型射电望远镜悬挂馈源舱结构的风振响应。首先 ,由非线性静力分析确定结构初始静态参考位形和初应力。其次 ,针对结构特点模拟作用在悬索和馈源舱上的随机风荷。在上述模型的基础上 ,在时域中模拟分析稳定索系对结构风振的抑制效果。同时 ,通过典型节点时域响应的FFT变换 ,绘出响应自功率谱图 ,进一步描述了振动控制的效果。

太阳辐照500m口径球面射电望远镜的温度分布

为了掌握500m口径球面射电望远镜(FAST)在太阳辐照下的温度分布,弱化它的"太阳灶"问题,保护馈源舱内相关仪器,对太阳辐照FAST温度场进行了研究,包括太阳相关参数研究、"太阳灶"问题解析及热流计算、台址地貌对FAST的阳光遮挡及不同工况下的FAST温度分布等。结果表明,FAST馈源舱温度分布不仅与反射面反射率、孔隙率和辐照时间有关,而且与馈源舱防护罩的反射率、材料、焦舱位置、微波入口直径等因素有关。当反射面反射率为0.2、孔隙率为0.4时,馈源舱最高温度为47.56℃,时间约在12∶00;反射面最高温度为68.34℃时,时间是在14∶00,此时与反射面最低温度为35.03℃时的温差为33.31℃。文章还计算了形成太阳灶的时间域,最后为FAST的相关设计及使用提出了意见和建议。

索系馈源舱闭环运动索长解算的研究

对索系拖动馈源舱做实时跟踪观测天体的运动进行闭环控制时 ,研究了馈源舱位于理论规划的位姿和位于实际位姿时所对应的各根索长的解算问题 ,为实现闭环控制算法提供了重要的数据 .由于馈源舱运动缓慢 ,故可以对馈源舱位于不同位姿时用非线性静力分析求解出索长 ,而馈源舱的位姿可以用测量仪器测量得到 .

LT50m缩比模型悬索舱体系统的风振分析

在新一代大型射电望远镜 (LT)的悬索舱体系统中增加了抑制风激振动的下拉结构控制索系 ,并分析了 5 0m缩比模型的风振响应。首先 ,由非线性静力分析确定结构初始静态参考位形和初应力 ;其次 ,针对结构特点模拟作用在悬索和馈源舱上的随机风荷。在上述研究的基础上 ,在时域中模拟分析下拉索系对结构风振的抑制效果 ,同时通过典型节点时域响应的FFT变换 ,绘出响应自功率谱图 。

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。

FAST馈源舱系统动态特性联合仿真研究

对某500m口径球面射电望远镜(FAST)馈源舱系统进行了联合仿真,首先建立了整个馈源舱系统的Adams舱索模型、机构的运动学反解以及外界风扰的数学模型,利用Adams和MATLAB进行了联合仿真,得到了馈源舱系统的动态特性,验证了在存在外界风扰时馈源舱系统控制的可行性。证明了所设计的馈源舱系统满足设计要求,为所设计的馈源舱机构达到系统要求的精度提供了重要保障。论文的研究内容对并联柔性系统在实际工程中的应用实践具有重要的指导意义。

FAST工程馈源舱Stewart平台的机构精度标定

FAST工程采用柔索悬吊方案,利用六根支撑索拖动30t重的馈源舱在百米尺度空间内运动,并将馈源瞬时定位于毫米级精度位置。因此,馈源舱的主要执行机构-Stewart平台必须克服制造误差、刚度变形、测量误差以及外界扰动耦合的影响,实现馈源的定位精度要求。本文分析了Stewart平台的结构、机构、工作原理及误差来源,针对前期的精度标定提出了测量及误差补偿方案,研究内容对于FAST工程大科学目标的顺利实现具有重要的指导意义。

大型射电望远镜悬挂馈源舱-Stewart平台系统耦合分析

针对大射电望远镜悬挂系统特殊的结构形式,采用分离舱索系统和Stewart平台,应用有限元和牛顿-欧拉方程混合方法,提出Stewart平台与悬索馈源舱系统的混合动力学耦合方程,在此基础上,应用最优控制理论,通过Ham ilton-Jacobi-Isaacs不等式,探讨了耦合方程的解耦问题,得出在一定条件下具有鲁棒性的Stewart平台所允许的最大质量。数值仿真验证了方法的有效性和合理性。

FAST“太阳灶”问题及温度场研究

进行了太阳辐照500米口径球面射电望远镜（FAST）的“太阳灶”问题及温度场的研究。研究结果表明，FAST“太阳灶”问题不仅与反射面反射率、孔隙率、时间点有关，也与馈源舱体的反射率、材料、微波入口直径等因素有关；反射面反射率为0．2、孔隙率0．4时，馈源舱最高温度为47．56℃；反射面最高温度达到68．34℃，时间在14：00。也计算出了形成典型“太阳灶”的时间域，指出，望远镜指向与太阳照射方向之间的夹角大于3．1。时“太阳灶”问题不明显。该研究为FAST的设计和使用提供了弱化、规避、消除“太阳灶”影响的数据和依据。

医用空气加压氧舱应急呼吸供气系统的研制

设计一种医用空气加压氧舱应急呼吸供气系统,该系统由空气储气罐、空气过滤器、空气湿化器、渐开式阀门、呼吸器等组成。经测试,系统达到了设计要求,为高压氧治疗提供了一项可靠的安全保障。

FAST工程馈源舱结构设计

针对FAST工程馈源舱由六根钢索悬吊于空中,在百米尺度大工作空间内运动的特点,设计了可以安装多频段的馈源接收机并且满足轻型化、高屏蔽效能、高可靠性等要求的馈源舱,馈源舱内安装有AB轴机构、Stewart平台等精确调整机构,通过舱内的二级精调机构将馈源定位于瞬时焦点,并通过对馈源舱的力学仿真分析,确定馈源舱的整体的刚度值及变形量,为后续优化设计提供理论依据。

FAST馈源舱动力学设计及扰动抑制技术

为了实现500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)的高精度指向观测,对柔性基础上的馈源舱控制精度进行了系统研究。通过轻量化高刚度的结构设计、运动与控制联合仿真、半实物仿真试验以及现场调试等措施,保证了馈源舱的动力学性能。通过AB轴和Stewart组成的二次调整装置,采用大范围、高精度和高采样率的测量控制技术实现了馈源舱在百米大尺度空间内,克服高空风扰、钢索振动及自身的运动耦合等影响,将馈源定位于瞬时焦点。

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。