大射电望远镜精调Stewart平台的测量及其标定研究

论文摘要

500米口径球面射电望远镜（Five-hundred Meter Aperture Spherical Telescope—FAST）馈源支撑及指向跟踪系统中馈源平台位姿实时动态跟踪测量技术是一个关键技术。馈源的精确定位采用两级控制系统,即采用六套悬索伺服系统控制馈源跟踪定位的第一级粗调,并且,在馈源舱中装入精调Stewart平台,实现动态定位。因此精调Stewart平台的定位精度直接影响整个系统的精度,提高其位姿精度对于整个实验研究具有十分重要的意义。本文针对精调Stewart平台的结构参数辨识及其位姿态测量进行了研究,主要内容包括以下三个方面。研究了与Stewart平台运动学有关的概念,包括运动平台的位姿态描述、运动学正解、运动学逆解等;分析了结构参数误差对平台位姿误差的影响;基于运动学逆解建立了平台标定模型,进行了仿真分析。分析了精调Stewart平台位姿测量原理,提出了一种借助激光跟踪仪API进行位姿测量的方案。建立了动态测量系统,并开发了测量软件,完成测量数据的采集和处理,同步的发送给控制计算机,为实现平台的精确定位奠定了基础。依据所建立的标定模型,对实验室内的精调Stewart平台进行了标定实验,完成了对平台结构参数的修正;利用开发的平台测量软件,完成了对平台轨迹跟踪实验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 大射电望远镜的研究背景和意义
• 1.2 并联机构概述
• 1.3 并联机构标定技术的发展
• 1.4 大射电望远镜的测量问题
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 精调Stewart 平台位姿误差分析
• 2.1 引言
• 2.2 平台位姿描述
• 2.3 平台的运动学
• 2.3.1 运动学逆解
• 2.3.2 运动学正解
• 2.4 平台位姿误差仿真分析
• 2.4.1 平台结构参数误差分析
• 2.4.2 平台位姿误差分析
• 2.5 小结
• 第三章 精调Stewart 平台的运动学标定
• 3.1 引言
• 3.2 运动学标定过程
• 3.3 基于运动学逆解的标定
• 3.3.1 标定误差参数确定
• 3.3.2 误差标定模型的建立
• 3.4 仿真结果分析
• 3.4.1 仿真步骤
• 3.4.2 参数辨识结果
• 3.5 小结
• 第四章 精调Stewart 平台测量软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 激光跟踪仪API 简介
• 4.3 位姿测量原理
• 4.3.1 坐标变换矩阵的建立
• 4.3.2 位姿测量的实现
• 4.3.3 测量误差分析
• 4.4 平台测量软件设计
• 4.4.1 平台测量程序界面
• 4.4.2 激光跟踪仪API 的初始化
• 4.4.3 三维/六维测量
• 4.4.4 数据通信的建立
• 4.4.5 目标点实时显示
• 4.5 小结
• 第五章 精调Stewart 平台的实验分析
• 5.1 引言
• 5.2 平台标定实验
• 5.2.1 标定步骤
• 5.2.2 实验结果
• 5.3 平台动态测量实验
• 5.3.1 激光跟踪仪API 性能分析
• 5.3.2 平台运动的重复性实验
• 5.3.3 平台沿规划轨迹的实验
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果