大射电望远镜馈源舱系统Stewart平台的技术研究

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大射电望远镜馈源支撑系统建模与仿真

大射电望远镜馈源支撑系统建模与仿真缪岭,刘玉标(中国科学院力学研究所,北京100190)1引言根据射电天文学发展需要,我国决定利用贵州喀斯特洼地,建设500m 口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope ,简称FAST ),建成后FAST 将是世界上最大的单天线射电望远镜,对我国天文学的发展具有重要的意义[1]。

针对如此巨大口径的现实情况,对馈源支撑系统,FAST 采用了一种全新的光机电一体化的创新设计方案[2]。

此设计方案先通过大跨度的悬索对馈源舱进行粗调,然后在馈源舱内采用Stewart 机构进行二次精调,并实时通过激光检测装置检测接收装置的具体位置,与主动反射面配合,反馈给计算机处理进行闭环控制。

由于以往对此工程的机构动力分析一般都建立在有限元的基础上,无法对系统整体进行拖动的实际仿真计算,因此根据上述设计方案,采用多体动力学分析软件MSC .Adams 建立了馈源支撑系统的机械模型及风载模型,并分析了其关键点的响应情况。

2模型的建立按照多体动力学建模方法,对实际机械系统进行抽象,用标准的运动副、驱动约束、力元和外力等要素建立与实际机械系统一致的模型[3]。

悬索系统采用6悬索式悬吊方案。

悬索与馈源舱连接并不交于同一处,而是以相邻两根为一组与馈源舱连接,形成三角形式的连接方案。

悬索模拟采用有限元的方法,将每根悬索分割为多段,以铰接连接,并考虑到悬索的变形,添加了弹簧阻尼元件,使悬索模拟更加符合真实。

馈源舱系统根据分析要求可以分为四部分,分别为三脚架、摆索(阻尼索)、位置器及Stewart 平台,将各部分外形进行简化后,以标准的连接副进行连接。

设S 平台下端动平台中心位置为关键点的位置(此处也为接收器的实际位置)。

设定悬索支点与馈源舱顶部中心水平距离300m ,垂直距离150m ,以主动反射面的底部最低处作为地面,馈源最低点高度约为150m 。

大射电望远镜馈源支撑系统索拖动响应分析

／Ｌ
馈＼、源、
图１建模示意图
１模型的建立
按照多体动力学建模方法，采用物理建模、数学建模、问题
２工况分析
根据馈源要求达到的位置，以根据悬链线方程逆向求解可出六根悬索的长度［仿真分析以馈源要求轨迹最低处为初始，４１，
５１
维普资讯
了拖动状况下系统的动力响应分析，究了不同拖动速度及阻尼索各种阻尼取值下馈源的动力响应。同时对拖动扰动及风栽荷的对系研统响应的影响情况进行了对比分析，究结果可为此项目最终方案的选择提供参考研关键词：ＡＳ索拖动；ＦＴ；多体系统动力学建模；动力响应中图分类号：１３ＴＨ１文献标识码：Ａ文章编号：６２５５２００ — ０１０１７ — ４Ｘ（０８）６０５ — ３
维普资讯
《装备制造技术）０８２０年第６期
大射电望远镜馈源支撑系统索拖动响应分析
缪岭，玉标刘
（中国科学院力学研究所，北京１０９）０１０
摘要：根据５０口径球面射电望远镜（ＡＴ）ｏｍＦＳ￣计方案，于系统动力学建模方法，基建立了馈源支撑系统的机械模型。采用此模型进行
一
研究仿真采用ＭＳ．ＤＭＳ进行分析研究。ＡＡＣＡＡＤＭＳ是优秀的机械系统动力学虚拟样机仿真软件。悬索系统采用６根悬索式悬吊方案。悬索与馈源舱连接并不交于一点，而是以相邻两根为一组与馈源舱连接，形成三角形式的连接方案。悬索模拟采用有限元方法，每根悬索分割将为多段，以铰接连接，并考虑到悬索的变形，添加了弹簧阻尼元

大射电望远镜馈源系统精调平台位置基准标定

ＬＯＹａｂＪＷｅ —ｉｎＨＥＦｎＵ —ｏ，Ｉｎｌｇ，ｅｇａ
（．ｎｔｕｅｆＳｒｒｉｎａｐｎ，ｎｏａｉｎＥｇｅｉｎｅｓｙｈｎｚｏ５０２ｈｎ；１ＩｉｔｏｕｖｙｎａｄＭｐｉＩｒｔｎｅｒｇＵｉｒｔ，Ｚｅｇｈｕ４０５，Ｃｉｓｔｅｇｇｆｍｏｎｖｉａ
摘要：ｔｗｒ并联机构作为大射电望远镜馈源系统的二次精调平台，Ｓｅａｔ由于馈源舱体的运动特性，精调平台的
位置基准在测量坐标系下不断变化。针对大射电望远镜馈源系统精调平台位置基准的实时确定，出了实用给
的测量方案及解算模型。在大射电望远镜馈源索支撑系统５０ｍ缩比模型实验中得以应用。关键词：精调平台；位置基准；大射电望远镜；ｔａ并联机构Ｓｅｒｗｔ
Ｖｏ．４Ｎ．１பைடு நூலகம் ｏ６
Ｄｅ、２ｏｃ０７
文章编号：６３３（０７０－４２０１７￣３８２０）６００－４
大射电望远镜馈源系统精调平台位置基准标定
骆亚波，纪文亮，何峰
（．息工程大学测绘学院，河南郑州４０５；．１６１信５０２２６３５部队，天津３０４）０１０
２６３５Ｔｏｐ，Ｔｎｎ３０４，Ｃｉ）．１６ｒｏｓｉｆ０１０ｈｎａｉａ
Ａｂｓｒｃ：ｅｒｒｌｅｎｐａｏｅｓｆｎｕｎｎｇｐａｆｒａｐｙｎｇｆｒｔｅｃｂｌ－ｕｓｅｄｆｅｙｔｍｆｔｅｔａｔＳｔｗａｐａａｌｌｍａｉｕｌｔｒｕｓｄａｅｔｉｌｔｏｍｐｌｉｏｈａｅｓｐｎｅｄｓｓｅｏｈｔｉｌｇａｏｔｌｓｏｅＡｃｏｄｉｏｔｅｐａｏＴＩＳｍｏｅｎｆｔｅｄｓｓｅｒａｅｒｄｉｅｅｃｐ．ｃｒｎｇｔｈｌｔＩＩ’ ｖｍｅｔｏｈｅｆｅｙｔｍ．ｔｅＳｅｒｌｆｏＴＩｅｅｅｃ．ｆｈｔｗａｔｐａ１Ｉｒｆｒｎｅｐｏ ’Ｓ

叩响机器人时代的大门——记合肥工业大学机械工程学院院长、机器人研究所所长訾斌

创新之路叩响机器人时代的大门——记合肥工业大学机械工程学院院长、机器人研究所所长訾斌　张方方　吴应清“到2025年，我国成为全球机器人技术创新策源地、高端制造集聚地和集成应用新高地；到2035年，我国机器人产业综合实力达到国际领先水平，机器人成为经济发展、人民生活、社会治理的重要组成。

”这是我国《“十四五”机器人产业发展规划》中明确提出的发展目标。

合肥工业大学机械工程学院院长、机器人研究所所长訾斌教授从事刚柔耦合智能机器人理论、技术与装备研究多年，他认为机器人技术正在深刻改变着人类的生产和生活方式，而随着机器人应用场景的持续拓展，机器人时代进程将被大大推进。

近年来，智能分拣、智能配送、智能搬运等大批“机器人快递员”问世；医疗机器人上岗范围从病房巡诊、康复训练、手术辅助拓展到智能消杀、核酸检测；水下仿生机器人正逐渐取代潜水员承担水文监测、目标搜救等任务；中国空间站机械臂惊艳全球……但机器人应用发展远不止如此，2023年1月，工信部等17部门印发的《“机器人+”应用行动实施方案》中明确指出，要面向社会民生改善和经济发展需求，遴选有一定基础、应用覆盖面广、辐射带动作用强的重点领域，聚焦典型应用场景和用户使用需求，开展从机器人产品研制、技术创新、场景应用到模式推广的系统推进工作，并支持一些新兴领域探索开展机器人应用。

“人类对机器人网络化、极端化、智能化、绿色化、共融化的期望值越来越高。

”訾斌说。

在他看来，“机器人+”应用前景广阔，要立足国家与经济社会的需求，抓住这个发展良机，方能不负时代。

从星河中走来“我们做科研要仰望星空，又要脚踏实地，在追寻梦想的同时不忘服务于国家需求。

”訾斌由衷地说。

他的科研之路正是从“仰望星空”开始的。

早在1995年，第三届国际大射电望远镜工作组会议上，西安电子科技大学段宝岩院士所做的关于大射电望远镜馈源支撑的光机电一体化创新报告，就受到了国内外专家的高度关注。

这个报告照进现实，扎扎实实地解决了中国天眼（FA S T）项目中最大的难点——馈源舱及其支撑结构系统问题，将天眼馈源舱的重量由万吨降低到30吨，被誉为“变革式创新”。

大射电望远镜的馈源舱动力线与信号线连接机构及方法[发明专利]

专利名称：大射电望远镜的馈源舱动力线与信号线连接机构及方法
专利类型：发明专利
发明人：段宝岩,仇原鹰,赵泽
申请号：CN200610105002.2
申请日：20060814
公开号：CN1909286A
公开日：
20070207
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种大型柔性天线结构馈源舱动力线与信号线的连接机构及方法。

连接机构主要包括支撑钢索12和导线滑动装置14，连接时，在该大型柔性天线中选定两个通过分布圆直径的支撑塔3，用支撑钢索连接在两塔顶部；再将多个导线滑动机构安装在该支撑钢索上，且可在支撑钢索上滑动；同时在每两个导线滑动机构之间并列连接承拉限位钢索17和动力线24、信号线25，该承拉限位钢索长度要短于其间的动力、信号线长度，以限制导线滑动机构滑动时动力线和信号线不被拉坏；此外要使与馈源舱连接的第一个滑动装置的动力线与信号线长度满足馈源舱运动的需要。

本发明具有结构简单，无须专门的控制系统的优点，可用于大型柔性天线结构中馈源舱的测控信号传送。

申请人：西安电子科技大学
地址：710071 陕西省西安市太白路2号
国籍：CN
代理机构：陕西电子工业专利中心
代理人：王品华
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大射电望远镜精调Stewart平台的优化、分析与控制

大射电望远镜精调Stewart平台的优化、分析与控制大射电望远镜精调Stewart平台的优化、分析与控制摘要：大射电望远镜的精细调整对于获得高质量的观测数据至关重要。

本文针对大射电望远镜的Stewart平台进行了优化、分析与控制的研究。

首先通过对平台结构进行分析，确定了其动力学模型。

然后，基于该模型，通过优化算法对Stewart平台进行了优化设计。

最后，设计了控制系统，并进行了仿真实验。

1. 引言大射电望远镜是研究宇宙中射电波的重要设备，其调整的精度对于获得高质量的观测数据至关重要。

而Stewart平台作为大射电望远镜的关键部件之一，其性能直接影响着望远镜的指向精度和抗干扰性能。

2. Stewart平台的动力学分析2.1 结构特点分析Stewart平台由一个顶部平台和六个支撑杆组成。

其平台结构主要由顶部平台、支撑杆和底座构成，通过支撑杆的伸缩来实现平台的姿态调整。

2.2 动力学模型建立基于Stewart平台的结构特点，可以建立其动力学模型。

在分析支撑杆的运动学关系后，可以得到平台的姿态与杆长之间的关系，进而建立动力学方程。

3. Stewart平台的优化设计3.1 优化目标与指标在进行Stewart平台的优化设计时，需要明确优化的目标与指标。

主要包括望远镜的指向精度、抗干扰性能以及结构的稳定性。

3.2 优化算法针对Stewart平台的优化设计问题，可以采用优化算法进行求解。

常用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法等。

本文选择了遗传算法进行优化设计。

4. Stewart平台的控制系统设计4.1 控制系统结构设计控制系统是Stewart平台实现精细调整的关键。

本文设计采用闭环控制系统，其中包括传感器、执行器和控制器三个部分。

4.2 控制器设计控制器是控制系统的核心部分。

针对Stewart平台的控制问题，通常可以设计PID控制器或者模糊控制器。

本文选择了PID控制器进行设计。

5. 仿真实验与分析为了验证Stewart平台的优化设计与控制系统的性能，进行了仿真实验。

射电望远镜天线相控阵馈源技术研究

射电望远镜天线相控阵馈源技术研究射电望远镜天线相控阵馈源技术研究概述：射电望远镜是现代天文学中重要的观测工具，用于观测宇宙中的射电波。

天线是射电望远镜的核心组成部分，其性能直接关系到观测的精确性和灵敏度。

相控阵馈源技术是射电望远镜天线的一项重要研究内容，通过对馈源的精确控制，实现天线的高分辨率图像和宽带观测。

本文将从原理、应用以及发展前景等方面对射电望远镜天线相控阵馈源技术进行探讨。

一、相控阵馈源技术的原理相控阵馈源技术是基于天线内置的多个相控阵元，通过对每个阵元的相位和振幅进行精确调控，实现合成天线模式，从而控制天线的指向和增益。

该技术利用阵元之间的相干合成和干涉效应，通过快速调制相位和振幅，实现对天线的指向和捕获脉冲信号的控制。

二、相控阵馈源技术的应用1. 宽带观测：传统射电望远镜的频带较窄，无法同时观测多个频率的天体信号。

相控阵馈源技术可以通过相位调控，实现宽带观测，提高观测效率和精确性。

2. 即时成像：相控阵馈源技术可以实现实时的电子束会聚，在不同时间抽样下得到一系列的子阵输出。

通过合成这些子阵的输出信号，可以实现高分辨率的图像重建，从而实现即时成像。

3. 敏感度提升：传统射电望远镜的天线增益有限，无法捕获较为微弱的宇宙射电信号。

相控阵馈源技术可以通过相干合成增强阵列的增益，从而提高望远镜的灵敏度和探测能力。

三、相控阵馈源技术的挑战与发展前景1. 大规模阵列设计：实现相控阵馈源技术需要大规模的天线阵列，涉及到阵元的布局和阵元之间的相位和振幅调控。

如何有效设计大规模射电天线阵列，成为相控阵馈源技术需要面对的挑战之一。

2. 相位和振幅调控精度：相控阵馈源技术需要对每个阵元进行精确的相位和振幅调控，以实现合成天线模式。

如何提高相位和振幅调控的精度，是未来研究的重点。

3. 信号处理与算法优化：相控阵馈源技术产生的海量数据需要进行复杂的信号处理和图像重建算法。

如何优化算法，提高数据处理效率和图像重建质量，是相控阵馈源技术的研究热点。

大射电望远镜馈源舱支撑结构的减振与测量

大射电望远镜馈源舱支撑结构的减振与测量大射电望远镜馈源舱支撑结构的减振与测量射电望远镜是一种重要的天文观测设备，能够用来探测和研究宇宙中的电磁波辐射。

随着科技的进步，大射电望远镜成为了人们研究宇宙的重要工具之一。

大射电望远镜由多个重要组成部分构成，其中之一就是馈源舱。

馈源舱是大射电望远镜用来接收和发送射电信号的设备，其中包含了接收机、发射机以及馈源。

它的重要性体现在它能够提供清晰有效的信号传输，从而保证射电望远镜的准确观测。

然而，在馈源舱的运行过程中，会产生振动和共振现象，给信号的传输和观测造成一定的干扰。

为了降低馈源舱的振动，减小共振现象对信号传输的干扰，科研人员采用了一系列的振动减震措施。

首先，从结构上优化了馈源舱的支撑结构。

合理设计馈源舱的支撑结构，可以有效降低馈源舱的振动幅度。

其次，在馈源舱周围设置了一定数量的缓冲材料，用来吸收馈源舱产生的振动能量。

此外，还采用了地震减震技术，通过将馈源舱与地面隔离，减少地震对馈源舱的震动影响。

除了振动减震措施之外，科研人员还开展了馈源舱振动的测量工作。

通过测量馈源舱的振动特性，可以更好地了解馈源舱的动态响应，并对馈源舱的振动特性进行分析和优化。

常用的振动测量方法包括加速度测量法和位移测量法。

加速度测量法通过安装加速度传感器，实时测量馈源舱的加速度，进而反映馈源舱的振动状态。

位移测量法则是通过安装位移传感器，测量馈源舱的位移量，从而获得馈源舱的振动信息。

在馈源舱振动的测量中，还需要考虑其他因素的影响，如温度、湿度等。

这些因素都会对馈源舱的振动特性产生一定的影响。

因此，在进行振动测量时，需要严格控制环境参数，确保测量结果的准确性和可靠性。

综上所述，大射电望远镜馈源舱的振动控制和测量是一个复杂且具有挑战性的工作。

科研人员通过优化支撑结构、采用振动减震措施以及进行振动测量，不断努力降低馈源舱的振动幅度，提高信号传输的准确性和可靠性。

这些工作对于大射电望远镜的正常运行和精确观测起着重要的作用。

大射电望远镜馈源支撑与指向跟踪系统的力学模型分析及实验研究

大射电望远镜馈源支撑与指向跟踪系统的力学模型分析及实验研究大射电望远镜馈源支撑与指向跟踪系统的力学模型分析及实验研究摘要：大射电望远镜的馈源支撑与指向跟踪系统对于望远镜的安装定位和信号捕捉至关重要。

本文通过对大射电望远镜的力学模型进行分析，并进行了实验研究，从而对于馈源支撑与指向跟踪系统的优化提出了一些建议。

1. 引言大射电望远镜作为研究宇宙天体的重要工具，其馈源支撑与指向跟踪系统的性能对于望远镜的观测质量，解析度和精度都具有重要影响。

因此，对于馈源支撑与指向跟踪系统的力学模型进行分析和实验研究具有重要意义。

2. 馈源支撑系统的力学模型分析馈源支撑系统是指望远镜的接收器或发射器与天线之间的连接机构，它能够支撑天线并提供合适的位置和姿态。

我们通过建立馈源支撑系统的力学模型，分析系统的刚度和稳定性，可以优化馈源的位置和天线的姿态。

首先，我们需要建立馈源支撑系统的刚度模型，包括各个支撑点的刚度和连接结构的刚度。

通过测量各个支撑点的刚度参数和连接结构的刚度参数，我们可以计算出系统的总刚度。

然后，我们可以利用该刚度模型分析系统的稳定性，即系统在受到外力或振动的作用下是否具有足够的稳定性，从而保证天线的稳定性。

其次，我们可以利用馈源支撑系统的力学模型分析系统的振动特性。

通过测量系统的谐振频率和振动模态，我们可以了解系统在不同频率下的振动特性，并优化系统的结构设计以减小振动对天线精度的影响。

3. 指向跟踪系统的力学模型分析指向跟踪系统是指望远镜通过控制器控制天线的转动达到对目标信号的准确跟踪。

我们可以通过建立指向跟踪系统的力学模型来分析系统的精度和稳定性，从而优化跟踪的性能。

首先，我们需要建立指向跟踪系统的精度模型，包括控制器的精度和传动装置的精度。

通过测量控制器的精度参数和传动装置的误差参数，我们可以计算出系统的总精度。

然后，我们可以通过该精度模型分析系统的稳定性，即控制器在不同情况下是否可以保持目标信号的准确跟踪，从而保证望远镜的观测质量。

射电望远镜宽带高效率馈源的研究与应用

射电望远镜宽带高效率馈源的研究与应用射电望远镜宽带高效率馈源的研究与应用射电望远镜是人类窥探宇宙奥秘的重要工具之一，而馈源则是射电望远镜中至关重要的一个组成部分。

射电望远镜宽带高效率馈源的研究与应用，在射电天文学领域具有重要的意义。

本文将从射电望远镜馈源的概念出发，探讨射电望远镜宽带高效率馈源的研究进展以及其在实际应用中的重要作用。

馈源是射电望远镜系统中负责将天空中电磁波转换为电信号的关键部件。

它的性能 directly 影响到望远镜的灵敏度和分辨率。

传统的射电望远镜馈源通常采用窄频带馈源，而宽带馈源则能提供更大的信号捕捉范围，从而使得望远镜能接收到更多的天空信息。

因此，宽带馈源的研究和应用对于提高射电望远镜的性能至关重要。

在射电天文学中，高频率的电磁波通常携带更多的信息。

为了能够接收到更高频率的信号，宽带馈源需要具备较宽的工作频率范围。

而另一方面，高效率的馈源则能使得望远镜接收到更多的信号，并将其转化为有效的电信号。

因此，设计一个具备宽带和高效率的馈源，对于射电望远镜的发展具有重要意义。

在射电望远镜宽带高效率馈源的研究中，科学家们通过不断探索和创新，取得了一系列重要的进展。

例如，利用宽带高效率馈源，相比传统的窄频带馈源，望远镜能够接收到更多的电磁波信号，并将其转化为有效的电信号。

这样不仅提高了望远镜的灵敏度，也增加了其工作频率范围。

同时，科学家们还设计了一些具备高效率的馈源，它们能够减少信号能量的损失，提高能量的转换效率，从而增加望远镜接收到的信号量。

宽带高效率馈源在射电望远镜领域的应用也日益广泛。

比如，利用宽带高效率馈源，科学家们可以更准确地观察远处星系、宇宙起源等宇宙现象。

它们不仅可以提供更丰富的天空信息，也能为宇宙学家们提供更多的数据支持，从而推动射电天文学的发展。

此外，宽带高效率馈源还能够应用于射电干涉阵列的建设，使得干涉阵列更具有灵活性和高效性。

然而，射电望远镜宽带高效率馈源的研究与应用仍面临一些挑战和困难。

大射电望远镜精调Stewart平台的测量及其标定研究的开题报告

大射电望远镜精调Stewart平台的测量及其标定研究的开题报告摘要：大射电望远镜是研究宇宙的重要工具之一，需要高精度的定位和控制。

其中，Stewart平台作为望远镜的一个重要部件之一，可以实现高精度的精细调节。

本文将重点研究大射电望远镜Stewart平台的精调测量及其标定的问题，为其精确控制和使用提供有力的支持。

关键词：大射电望远镜；Stewart平台；精调测量；标定一、研究背景大射电望远镜是研究宇宙的重要工具之一，其需要高精度的定位和控制。

Stewart平台作为望远镜的一个重要部件之一，可以实现高精度的精细调节，常常被用于精准的定位和移动。

在望远镜的使用和控制中，Stewart平台的精细调节往往是非常关键的，因此需要进行相关的精调测量和标定工作，以确保其能够得到准确的控制和使用。

二、研究目的本文旨在针对大射电望远镜Stewart平台的精调测量及其标定问题，进行研究和探讨，以提高其粗调和精调的准确性和稳定性，为其精确控制和使用提供有力的支持。

三、研究内容（1）大射电望远镜Stewart平台的结构和工作原理。

（2）Stewart平台的粗调和精调测量方法的分析和探讨。

（3）Stewart平台的测量标定方法和流程的设计和实现。

（4）Stewart平台的精调测量及其标定的实验和测试。

（5）实验和测试结果的分析和总结，并提出相关的改进和优化建议。

四、研究意义本文的研究内容在以下方面具有一定的意义：（1）提供了Stewart平台的精调测量和标定方法，为其精确控制和使用提供了有力的支持。

（2）为大射电望远镜的使用和控制提供了一定的参考和指导。

（3）可以促进射电望远镜技术的进一步发展和创新。

（4）对于相关领域的研究和开发，具有一定的借鉴和参考价值。

五、研究计划本文的研究计划如下：第一步，研究大射电望远镜Stewart平台的结构和工作原理，了解其特点和原理。

第二步，分析Stewart平台的粗调和精调测量方法的优缺点，提出改进方案。

大射电望远镜馈源的主动减振控制系统

*课题来源：中科院知识创新工程重大项目（FAST （预）-B-06）; 清华大学机械工程学院重点基金（091202001）; 清华大学基础研究基金（092502006）大射电望远镜馈源的主动减振控制系统*张辉王启明周潜段广洪（清华大学精密仪器与机械学系，北京，100084）文摘：本文对大射电望远镜馈源支撑系统的主动减振控制进行了研究和开发。

为了测量馈源支撑系统的振动响应，提出了空间六自由度位姿的有效、精确的测量方案；在此基础上采用速度差分预测方法获得了未来采样时刻振动平台的位移、速度和加速度；为了减小悬挂机构的力耦合作用，提出了线性加速度插补策略；最后在实时多任务操作系统RTLinux 上实现了实时控制方案。

整个系统在已建造的缩尺实验平台上进行了实验验证，取得了预期的控制效果。

关键词：大射电望远镜实时控制主动减振控制中图分类号：TG502建造500米口径球面射电望远镜（FAST 项目）的前期预研究工作在国内已经开展了很多[1]，其中馈源的位姿减振控制及精确跟踪定位技术被认为是FAST 成功实施的关键技术之一。

大射电望远镜的总体设计方案是放置馈源的馈源舱用柔性钢索悬挂在150米左右的空中，同时跟踪被测天体运动。

馈源减振定位控制系统的主要任务是实时监测悬挂在空中、受风载作用产生振动的馈源舱的位姿变化，同时控制减振执行机构，使馈源舱内部馈源的振动幅值的均方根值在±4mm 以内，以实现预期的观测目标。

由于馈源舱的位姿在空中受到风载作用产生随机运动，经前期预研究发现，仅仅依靠柔性钢索控制馈源舱，使馈源振动幅度满足观测要求几乎是不可能的。

因而，研究者提出了采用对馈源进行二次主动减振控制的方案，即采用并联机构——Stewart 平台做为主动减振机构，使馈源舱与Stewart 平台的上平台连接，馈源放置在下平台上，通过控制连接两平台的执行器长度调整馈源的最终位姿[2]。

Stewart 平台除实现主动减振运动外，还有定位功能，以便使馈源始终跟踪天体运动。

大射电望远镜馈源舱系统Stewart平台的技术研究

图 5 Stewart 平台结构组成
（ 1）上、下平台上平台作为 Stewart 平台的支撑基础，向上通过 B 轴转轴与 AB 轴转环连接，向下通过虎克铰连接 6 根相同的伸缩支腿。下平台作为 Stewart 平台的执行部件，用以安装馈源接收机、靶标支座以及绕自身旋转的多波束馈源转盘。下平台通过球铰连接 6 根相同的伸缩支腿。为了减轻重量，结合铰链分布、安装空间、结构刚度等因素，上、下平台均采用桁架结构焊接而成。上平台外形尺寸为 Φ 6 600 mm × 700 mm，重量约 2 500 kg，下平台外形尺寸为 Φ 4 200 mm × 800 mm，重量约 1 000 kg。（ 2）球铰、虎克铰虎克铰（图 6）是连接伸缩支腿和上平台的构件，具有 2 个旋转自由度，可以绕 X、Y 两轴旋转。虎克铰以法兰形式与连接箱体相连，主要由摆动杆、摆动块和底座 3 部分组成。摆动杆通过滚针轴承支承在摆动块上，摆动块再通过滚针轴承支撑在底座上，两转轴摆角分别可达 90°和 45°。
空间上有奇异点的限制，而且控制较为复杂。 FAST 望远镜的馈源接收机重量大、馈源舱空间有
限、调整范围相对较小，因此要求精调机构刚度高、重量轻、结构紧凑、响应快速、定位精度高、可靠性高。
馈源舱悬索控制系统具有多变量、非线性、多体动力学耦合等特点，为了达到理想的控制效果，必须尽量减少各机构之间的耦合程度。Stewart 平台作为一种小质量、大刚度、高精度的并联机构，其负载（下平台 + 接收机）重量与馈源舱总重量之比接近 1∶ 10，有利于降低耦合影响。Stewart 平台的 6 个驱动腿都是沿着长度方向做伸缩运动，轴向力的测量和计算比较容易，可以准确计算耦合影响。因此，采用 Stewart 平台实现馈源舱的二级精调，能够充分发挥其优点而避免其不足。

大射电望远镜精调Stewart平台非线性PID控制

大射电望远镜精调Stewart平台非线性PID控制
王卫东;陈光达;訾斌;陈光静
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2007(023)010
【摘要】为了实现大射电望远镜馈源指向跟踪系统精调Stewart平台的高精度轨迹跟踪,针对Stewart平台的系统特点,基于机器人关节控制策略,设计了一种非线性PID的Stewart关节调节器.该非线性PID算法构造了增益参数关于误差信号的非线性拟合函数,算法能够同时保证响应速度快、超调量小以及自适应能力强的系统特性.通过建立平台的数学模型,进行了典型信号输出响应数值仿真.仿真结果验证了关节空间控制策略以及非线性PID控制方法的可行性和有效性.
【总页数】3页(P29-31)
【作者】王卫东;陈光达;訾斌;陈光静
【作者单位】710071,陕西西安,西安电子科技大学机电工程学院;710071,陕西西安,西安电子科技大学机电工程学院;710071,陕西西安,西安电子科技大学机电工程学院;710106,陕西西安,西安通信学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.大射电望远镜精调Stewart平台工作空间分析 [J], 苏玉鑫;魏强;段宝岩
2.大射电望远镜精调Stewart平台结构刚度分析 [J], 段学超;仇原鹰;段宝岩
3.大射电望远镜精调Stewart平台并联机器人伺服带宽分析 [J], 段学超;仇原鹰;段宝岩
4.大射电望远镜馈源舱系统Stewart平台的技术研究 [J], 李建军;王宇哲;贾彦辉;段艳宾
5.大射电望远镜精调Stewart平台工作空间研究 [J], 段学超;仇原鹰;段宝岩
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FAST馈源支撑系统位姿分配方法研究

FAST馈源支撑系统位姿分配方法研究邓赛;景奉水;梁自泽;杨国栋;于东俊【摘要】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.%In order to achieve high-accuracy trajectory tracking at feed end of Five-hundred meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST) support system and to prevent the force over-limit of supporting cables,the pose distribution algorithms of target end by the star-frame of feed support system and A-B rotator were studied in the article.Firstly,according to the mechanism characteristic of the feed support system,combining the time-varying barycenter and the back illuminating strategy applied in feed cabin,a mechanical model of cable-driven parallel system which considers the time-varying barycenter of feed cabin and provided with back illuminating strategy was established.Secondly,in order to solve the motioncoupling between the A-B rotator and the star-frame,two pose distribution algorithms of the feed support system were designed:the pose distribution algorithm which gives priority on ensuring the balanced cable force of six-cable and the pose distribution algorithm which gives priority on ensuring the positioning accuracy of the feed receiver.Finally the performance of above two algorithms on positioning accuracy of the feed receiver and the distribution of cable force were analyzed.And the results show that the former algorithm is able to balance the cable force on six-cable,however the error due to introduction of maximum 1.2° of the feed receiver has been beyond the scope of the specified accuracy of the project.The second algorithm makes cable force on six-cable fluctuate significantly,but the force was not over the limit or under virtual pull,which means such algorithm meets engineering requirements because it can ensure the pose of the feed receiver.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2017(025)002【总页数】10页(P375-384)【关键词】FAST;射电望远镜;位姿分配;重心时变;回照【作者】邓赛;景奉水;梁自泽;杨国栋;于东俊【作者单位】中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室,北京100190;中国科学院大学,北京100049;中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室,北京100190;中国科学院大学,北京100049;中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室,北京100190;中国科学院大学,北京100049;中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室,北京100190;中国科学院国家天文台,北京100012【正文语种】中文【中图分类】TP394.1;TH691.9500 m口径球面射电望远镜(FAST)是在建的国际上最大、最灵敏的单口射电望远镜[1- 3]。

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Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＳｔｅｗａｒｔｐｌａｆｏｔｍｒｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｆｒｏｍｔｈｅｔｈｒｅｅａｓｐｅｃｔｓｏｆｂｏｔｔｏｍｐｌａｔ — ｆｏｍ，ｔｒｏｐｐｌａｆｏｔｍｒａｎｄｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃｓｔｕｔｒ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｌｙａｓｉｓｆ０ｒｔｈｅｂｏｔｔｏｍｐｌａｆｏｔｍ，ｔｒｈｅｔｏｐｐｌａｆｏｔｍｒａｎｄｔｈｅｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃｓｔｒｕｔａｒｅｐｅｒｆｏｍｅｒｄｕｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎｌｙａｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅ
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。关键词：大射电望远镜；Ｓｔｅｗａｒｔ平台；馈源舱；力学分析中图分类号：ＴＮ１６文献标识码：Ａ文章编号：１００８ — ５３００（２０１４）０４ — ００１９ — ０５
ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｎｉｆｇｕｒａｔｉｏｎｓｅｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＳｔｅｗａｔｒｐｌａｔｆｏｍｒａｒｅｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．
李建军，王宇哲，贾彦辉，段艳宾
（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄０５００８１）
摘要：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
（Ｔｈｅ５４ｔｈＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣＥＴＣ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００８１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＬａｒｇｅｒａｄｉｏｔｅｌｅｓｃｏｐｅＦＡＳＴｈａｓＮａｔｉｏｎｌａＡｓｔｒｏｎｏｍｉｃａｌＯｂｓｅｒｖａｔｏｒｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ

ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＳｔｅｗａｒｔＰｌａｔｆｏｒｍｉｎ
ＬａｒｇｅＲａｄｉｏＴｅｌｅｓｃｏｐｅＦｅｅｄＣａｂｉｎ
ＬＩＪｉａｎ－ｊｕｎ，ＷＡＮＧＹｕ — ｚｈｅ，ＪＩＡＹａｎ－ｈｕｉ，ＤＵＡＮＹａｎ－ｂｉｎ
第３０卷第４期
２０１４年８月
电子机械工程
Ｅｌｅｃｔｒｏ－ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｌｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏ１．３Ｏ．Ｎｏ．４Ａｕｇ．２０１４
大射电望远镜馈源舱系统Ｓｔｅｗａｒｔ平台的技术研究
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Ｓｔｅｗａｔ平台的构型选择和参数确定，ｒ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
ａｓｏｖｅｒａｌｌｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｉｔｓＳｔｅｗａｒｔｐｌａｔｆｏｒｍｉｓｔｈｅｉｆｎｅｌｅｖｅｌａｄｊｕｓｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｉｎｔｅｉｒｏｒｒｅｃｅｉｖｅｒｐｌａｆｔｏｍｒｉｎｆｅｅｄｃａｂｉｎ，ａｎｄｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｗｉｎｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｆｔｈｅｆｅｅｄｃａｂｉｎａｎｄｔｏａｄｊｕｓｔｐｒｅｃｉｓｅｌｙｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｈｅｔｍｏｔｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆｈｅｔｆｅｅｄｃａｂｉｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｎｐｕｔｏｆｃｕｒｒｅｎｔｆｅｅｄｃａｂｉｎｓｙｓｔｅｍ，