40米口径射电望远镜索支撑系统误差分析与补偿.pdf

高技术通讯 年第 卷第 期： ： 米口径射电望远镜索支撑系统误差分析与补偿! 屈 林 唐晓强 姚 蕊 陈 旭 （清华大学精密仪器与机械学系 北京 ） 摘 要 主要研究了 米口径射电望远镜索支撑系统的误差分析与补偿问题，提出了一 种基于索直线模型弹性变形的实时误差补偿方法。在索支撑系统运动学和静力学分析的 基础上，建立了兼顾索弹性变形的误差模型，分析了索弹性变形对馈源跟踪精度的影响情 况。针对天文规划给定的两条典型路径，根据索弹性变形量和实时控制要求，提出了一种 基于索弹性变形的大跨度索支撑系统误差补偿方法，该方法不需要迭代，计算量小。仿真 结果表明，该误差补偿方法提高了索支撑系统跟踪精度，同时满足射电望远镜的观测要 求。 关键词 大射电望远镜，索并联机构，误差模型，误差补偿 跨度较大，重量较重，需要考虑索的自重以及由自重 引言 ［ ］ 引起的变形。 ， 等学者在分析索 射电望远镜是射电天文学的主要研究工具。其 受力的基础上，建立了索模型的微分方程，并推导出 主要通过接收宇宙天体发出的各种波段的无线电信 了索的悬链线方程，给出了抛物线和直线简化模型， 号，研究天体的物理、化学性质，目前已成为人类探 但没有考虑索在拉力下的弹性变形因素。本文首先 测宇宙秘密的重要工具。在 年在日本京都召 建立 米射电望远镜馈源索支撑系统的运动学和 开的 届 会议上，世界的天文学家和天线学 静力学模型，然后建立索的悬链线模型、简化直线模 家提出建造下一代的大射电望远镜（ ）。国内天 型和索支撑系统误差方程，最后在 米射电望远镜 文学家在随后 年的预研探索和实验研究中，提出 馈源支撑系统的工作空间内，按照天文观测给定的 了一种新的实现大射电望远镜的方案，即将馈源背 两条典型工作路径，分析馈源跟踪的终端误差，并提 支撑结构简化，通过索并联机构作为一次馈源支撑 出一种有效的误差补偿方法。 系统，并利用 转台和 平台进行二次调 ［ ］ 米口径射电望远镜索支撑系统 整，达到馈源跟踪位置精度 。本文的研究对象是 米口径射电望远镜的索支撑并联机构系统。 模型 索并联机构具有工作空间大，负载能力强，易拆 装，可重组，模块化程度高，价格低廉和运动速度快 图 所示为在建中的北京密云观测基地 米 等优点［ ， ］，非常适合馈源定位的一次调整机构。 口径射电望远镜馈源支撑系统。馈源通过 索并联 在 米射电望远镜实际建造中，通过采用索并联机 机构控制位置和一定的俯仰角度，然后利用 转 构拖动馈源舱，可明显降低馈源的质量和提高其动 台补足馈源所需的俯仰角度，最终通过 平台 态性能，满足跟踪天体运动的要求［ ， ］。较多的学 进行精调整，从而达到馈源的精度要求。 者对索并联机构的工作空间、运动学分析、奇异性分 索支撑系统运动学与静力学建模