大型射电望远镜馈源指向系统的控制、优化与实验

论文题目: 大型射电望远镜馈源指向系统的控制、优化与实验

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械制造及其自动化

作者: 保宏

导师: 段宝岩

关键词: 大射电望远镜,舱索系统,实验模型,平台,优化设计,动力学分析,滤波

文献来源: 西安电子科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 针对新一代大射电望远镜馈源支撑结构的特点,主要研究了舱索结构粗调系统的主动控制,舱内Stewart精调平台的动力学分析与优化,以及粗—精两级动力学耦合与复合控制问题。完成的主要工作和取得的研究结论归纳如下:1.针对舱索结构的大柔性、变结构、以及多输入多输出的特点,建立了粗调系统的控制模型,推导了六根大跨度柔索输入与输出间关系矩阵的递推公式,提出了基于神经网络的一步向前自适应控制策略与方法。将该方法应用于LT50 m模型的实际实验中,取得了满意的试验结果,验证了策略与方法的可行性、有效性。2.针对舱索系统的惯性主要集中在馈源舱上的特点,基于牛顿欧拉方程建立了馈源舱动力学模型,将模型误差视为外部对馈源舱的扰动,提出了具有多输入多输出和强鲁棒性自抗扰滑模控制算器,得到了馈源舱非稳态模型下各悬索的控制拉力,数值计算结果说明了该方法的有效性和合理性。3.针对复杂系统动力学方程的解不能显示表达,导致控制与结构设计同步优化时参数敏度分析困难这一问题,通过建立适当的控制器,将对复杂动力学方程的敏度分析转化为对简单线性方程的敏度分析,并以6自由度的Stewart平台为例,介绍了控制与结构设计同步优化的过程。4.基于牛顿欧拉方程,建立了柔性支撑下Stewart平台动力学模型,在已知动平台运动规划的条件下,对Stewart平台和舱索系统同时进行了动力学分析,研究了粗—精两级动力学耦合问题。并采用H∞优化理论,分析了下平台不同的质量对舱索系统振动所产生的影响,初步探讨了动平台质量和馈源舱质量最小质量比的条件。5.针对舱索系统滞后性的特点,建立了测量点的运动学数学模型,并采用H∞滤波器,有效的给出测量点状态变量的数值,通过与LT50m实验的实测数据比较,说明该模型的合理性。在此基础上,提出了柔性支撑下Stewart平台控制器,数值计算结果说明该方法可以有效的抑制馈源舱振动对Stewart动平台定位精度的影响。

论文目录:

第一章绪论

1.1 新一代大射电望远镜背景

1.2 主要技术指标

1.3 悬索馈源支撑系统缩比模型

1.4 本文的主要工作

第二章舱索系统稳态模型

2.1 悬索结构的数学与力学描述

2.2 悬索馈源舱支撑结构的静力分析

2.3 悬索舱体平衡位置求解

小结

第三章舱索系统的控制

3.1 引言

3.2 舱索系统的控制模型

3.3 提前一步 MIMO 自适应控制

3.4 舱索运动系统实验研究

3.5 馈源舱的动力学模型

3.6 自抗扰滑模控制器

3.7 数值仿真

小结

第四章 Stewart 平台控制与结构设计的同步优化

4.1 引言

4.2 运动学性能优化目标函数的确立

4.3 Stewart 平台动力学方程及控制性能目标函数

4.4 Stewart 平台控制与结构设计的同步优化

4.5 仿真计算

小结

第五章柔性支撑下 Stewart 平台动力学模型

5.1 引言

5.2 铰节点运动学模型

5.3 支腿的逆运动学方程

5.4 支腿的逆动力学方程

5.5 Stewart 动平台动力学模型

5.6 悬挂舱索系统和 Stewart 平台混合动力学方程

5.7 数值计算

小结

第六章柔性支撑下Stewart 平台的振动控制

6.1 引言

6.2 馈源支撑结构的控制策略

6.3 测量点的运动状态方程

6.4 H_∞滤波器

6.5 模型验证

6.6 柔性支撑 Stewart 平台的振动控制

6.7 数值仿真

小结

第七章总结与展望

致谢

参考文献

在读期间研究成果

发布时间: 2007-01-10

参考文献

[1].大射电望远镜馈源支撑系统定位与指向控制研究[D]. 路英杰.清华大学2007
[2].大射电望远镜馈源舱支撑结构的减振与测量[D]. 董志强.西安电子科技大学2003
[3].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[D]. 仇原鹰.西安电子科技大学2002

大型射电望远镜馈源指向系统的控制、优化与实验

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