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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

作　者: 仇原鹰
导　师: 段宝岩
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 大射电望远镜 控制模型 模型实验 风致振动 机构奇异性
分类号: TH743
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
下　载: 317次
引　用: 17次
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内容摘要


在建立非线性舱索系统静平衡方程的基础上，采取使驱动力均匀的优化配置策略，建立了大跨度柔性舱索系统的稳态位置控制模型，实现了基于索长调整的馈源舱开环运动控制。 发现了馈源工作曲面上的力奇异曲线，提出了修改索耳结构分布和增加下拉悬索两种消除奇异性的有效方案，保证了馈源舱的平稳运行。 探索了一套完整的用于非线性舱索结构随机风振模拟的分析方法和模拟软件，模拟预测了在风荷干扰下悬索对馈源舱的可控精度。预测结果为制定馈源跟踪两级控制系统的精度分配方案提供了依据。此外，还模拟预测了舱索结构发生大幅度涡激共振的可能性。 通过大量的机电光一体化模型实验研究，发现和消除了舱索机构开环运动控制模型的几种误差。在模型修正的基础上，进行了机构的多种开环实验。同时对舱索结构随机风振和涡激共振的计算模拟结论进行了验证。 基于Newton-Euler方法，建立了充分考虑动平台惯性、支腿惯性、关节摩擦等因素的Stewart平台控制动力学模型，解决了已知动平台运动规划，求关节驱动力的动力学逆问题，为准确实现LT500m原型Stewart平台控制奠定了基础；解出了各关节处的约束反力，为平台机构设计提供了力分析条件；简化给出了平台对馈源舱的反作用力，使得采用振动主动控制技术消除两级子系统之间的动力耦合成为可能。 根据运动学、静力学和动力学的三种Jacobian变换矩阵结构，研究了类Stewart平台结构的并联机器人运动奇异性、静力奇异性和动力奇异性三者之间的关系，得出了三种奇异性同时发生的结论。

全文目录


第一章 绪论  9-17
  1.1 大型射电望远镜研究背景  9-12
  1.2 FAST项目的技术指标  12
  1.3 馈源支撑及指向跟踪系统50米缩比模型  12-14
  1.4 本文的主要工作  14-17
第二章 基于非线性静力学分析的馈源舱稳态控制模型  17-31
  2.1 引言  17
  2.2 馈源舱支撑系统模型参数  17-19
  2.3 馈源舱指向跟踪运动的稳态位置控制模型  19-24
  2.4 基于索长调整的舱体运动规划  24-30
  小结  30-31
第三章 舱索机构的奇异性分析与消除  31-38
  3.1 引言  31
  3.2 舱索机构力奇异性的描述  31-33
  3.3 消除奇异性的方案  33-36
  小结  36-38
第四章 舱索结构的非线性随机风振模拟  38-51
  4.1 引言  38
  4.2 随机风速的模拟  38-41
  4.3 舱索结构上的随机风荷  41-45
  4.4 舱索结构时域非线性随机风振模拟  45-49
  4.5 模型悬索强度分析  49-50
  小结  50-51
第五章 舱索结构的涡激共振分析  51-62
  5.1 引言  51
  5.2 涡激扰力  51-52
  5.3 涡激共振条件  52-54
  5.4 LT500m原型舱索结构涡激共振分析  54-61
  5.5 LT50m模型舱索结构涡激共振分析  61
  小结  61-62
第六章 舱索机构开环运动控制模型的实验修正  62-79
  6.1 引言  62-63
  6.2 开环运动控制模型的修正  63-65
  6.3 基于测量的馈源舱实际位姿计算  65
  6.4 舱索机构开环实验与结果分析  65-73
  6.5 舱索结构固有频率的加速度计测量与分析  73-74
  6.6 舱索结构随机风振的激光测量与分析  74-75
  6.7 舱索结构涡激共振现象的观察  75
  6.8 相似性问题  75-78
  小结  78-79
第七章 Stewart平台的动力学模型  79-93
  7.1 引言  79-80
  7.2 Stewart平台结构模型  80
  7.3 支腿逆运动学方程  80-82
  7.4 支腿逆动力学方程  82-83
  7.5 基于Newton-Euler方法的Stewart平台动力学模型  83-84
  7.6 数值算例  84-90
  7.7 Stewart平台对馈源舱的反作用力  90-91
  小结  91-93
第八章 Stewart平台奇异性分析  93-106
  8.1 引言  93
  8.2 运动奇异性  93-95
  8.3 静力奇异性  95
  8.4 动力奇异性  95-96
  8.5 运动、静力及动力奇异性三者的关系  96
  8.6 奇异性分析实例  96-104
  小结  104-106
第九章 结论与展望  106-109
致谢  109-110
参考文献  110-118
在读期间研究成果  118-119

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 光学仪器 > 望远镜
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