發(fā)布時(shí)間：2020-04-14 02:19

【摘要】：隨著時(shí)代的發(fā)展以及射電天文學(xué)的要求不斷提高,射電望遠(yuǎn)鏡必然向著高頻段、大口徑趨勢發(fā)展。高頻段的電磁波信號,需要射電望遠(yuǎn)鏡有更高的指向精度,不斷增大的口徑導(dǎo)致結(jié)構(gòu)本身的固有頻率愈發(fā)的降低,驅(qū)動柔性與結(jié)構(gòu)柔性不斷增強(qiáng),此外由于摩擦、齒隙以及風(fēng)擾的影響,使得高精度指向控制成為工程上的難點(diǎn)。為此本文根據(jù)大射電望遠(yuǎn)鏡伺服指向系統(tǒng)的特點(diǎn),構(gòu)造了雙環(huán)復(fù)合控制框架,在此框架的基礎(chǔ)上,對以下內(nèi)容進(jìn)行了研究:參數(shù)辨識。雙環(huán)復(fù)合控制框架包含內(nèi)環(huán)控制器與外環(huán)控制器,其中內(nèi)環(huán)控制器采用PI+LQG控制算法,該算法需要知曉被控對象較為準(zhǔn)確的狀態(tài)空間方程,針對這一問題,提出了一種基于非傳統(tǒng)階躍信號的參數(shù)辨識方法。該方法能夠在一定的誤差范圍內(nèi)得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù),進(jìn)而求出各個(gè)物理參數(shù),獲得系統(tǒng)較為準(zhǔn)確的狀態(tài)空間方程,同時(shí)還能夠辨識出系統(tǒng)的滯后時(shí)間。魯棒控制器設(shè)計(jì)。大射電望遠(yuǎn)鏡工作時(shí)受到多種擾動與不確定性因素影響。首先考慮到風(fēng)力擾動,對其建立了穩(wěn)態(tài)風(fēng)與隨機(jī)風(fēng)的風(fēng)擾模型,并且對隨機(jī)風(fēng)進(jìn)入伺服控制系統(tǒng)的機(jī)制進(jìn)行了研究;不確定性因素中的參數(shù)不確定性可由參數(shù)辨識過程中的誤差范圍得到;最后針對大射電望遠(yuǎn)鏡機(jī)電伺服系統(tǒng)中存在的各種摩擦齒隙等非線性因素進(jìn)行了分析。在上述所有因素影響下,為了使系統(tǒng)保持穩(wěn)定且保證足夠高的指向精度,設(shè)計(jì)了基于波特圖的魯棒控制器。該控制器的核心思想是將所有不確定因素與擾動體現(xiàn)為系統(tǒng)波特圖的禁區(qū)部分,然后設(shè)計(jì)魯棒控制器使系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線與禁區(qū)無交叉,達(dá)到控制目的。半實(shí)物仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。文末在半實(shí)物仿真系統(tǒng)上搭建了兩慣量系統(tǒng),分別對提出的參數(shù)辨識方法與魯棒控制器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在誤差范圍內(nèi)參數(shù)辨識方法能夠較準(zhǔn)確的辨識出系統(tǒng)物理參數(shù),魯棒控制器在內(nèi)環(huán)與雙環(huán)條件下均可以抑制不確定性對系統(tǒng)造成的不利影響,并保證足夠高的指向精度。本文通過提出通用化的參數(shù)辨識方法以及魯棒控制算法,為日后QTT項(xiàng)目設(shè)計(jì)控制器提供設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)步驟參考。
【圖文】：

年又建成了世界上最大的可旋轉(zhuǎn)拋物面射電望遠(yuǎn)鏡。此后世界各國不斷建立起口徑更逡逑大且性能更加先進(jìn)的全可動旋轉(zhuǎn)拋物面射電望遠(yuǎn)鏡［４］，其中比較著名的有，澳大利亞逡逑國家天文臺于１９６１年建造的口徑為６４ｍ的Ｐａｒｋｓ全可動射電望遠(yuǎn)鏡［５］，如下圖１．１逡逑所示，該射電望遠(yuǎn)鏡在當(dāng)時(shí)的南半球是口徑最大的全可動旋轉(zhuǎn)拋物面射電望遠(yuǎn)鏡，它逡逑負(fù)擔(dān)了絕大部分南半球的天文觀測任務(wù)，，對高南緯射電源的觀測甚至成為了它的專利。逡逑其指向精度［６］高達(dá)１１角秒，工作波段為０．６－４３ＧＨＺ，總重量接近１０００噸。逡逑圖１．１澳大利亞Ｐａｒｋｓ邋６４ｍ射電望遠(yuǎn)鏡逡逑２０世紀(jì)６０年代末德意志聯(lián)邦共和國提出要建造口徑１００米且能在毫米波觀測的逡逑可跟蹤射電望遠(yuǎn)鏡，最終在Ｅｆｆｅｌｓｂｅｒｇ附近的一個(gè)山谷中建起了當(dāng)時(shí)世界上口徑最大逡逑性能最好的超大口徑旋轉(zhuǎn)拋物面射電望遠(yuǎn)鏡［７］，覆蓋了邋０．４０８－８６Ｇｈｚ幾乎所有觀測波逡逑段，指向精度高達(dá)１０角秒。它的最大創(chuàng)新點(diǎn)在于首次把主動反射面技術(shù)引入射電望逡逑遠(yuǎn)鏡的建設(shè)：在精確測量出天線表面變形的情況下，通過在天線表面的每塊金屬板下逡逑面安裝一種特殊的可調(diào)整的支撐結(jié)構(gòu)

逡逑圖１．２德國波恩Ｅｆｆｅｌｓｂｅｒｇ邋１００ｍ射電望遠(yuǎn)鏡逡逑１９８８年美國９１．５米口徑的射電望遠(yuǎn)鏡坍塌，為此美國國家射電天文臺于２０００逡逑年在美國西弗吉尼亞州的綠岸鎮(zhèn)建成了當(dāng)今世界上口徑最大的超大口徑全可動旋轉(zhuǎn)逡逑拋物面射電望遠(yuǎn)鏡－綠岸射電望遠(yuǎn)鏡［８］，簡稱為ＧＢＴ，如下圖１．３所示。它為了獲得更逡逑大的接收面積，采用偏饋結(jié)構(gòu)形式，避免了支撐架和副面造成的遮光。其工作在逡逑０．１－１１６Ｇｈｚ波段，指向精度高達(dá)４角秒，總重量約為７６００噸，高約１４８米，用激光逡逑測距系統(tǒng)測出天線表面形變，依靠每塊金屬板四個(gè)角上的由計(jì)算機(jī)控制的小型馬達(dá)驅(qū)逡逑動器補(bǔ)償變形誤差，保證反射面不偏離理想拋物面。逡逑圖１．３美國ＧＢＴｌｌＯｍ射電望遠(yuǎn)鏡逡逑國內(nèi)射電天文觀測領(lǐng)域起步雖然晚，但是發(fā)展勢頭較為迅猛，先后建造起許多大逡逑型射電望遠(yuǎn)鏡。１９８６年中科院上海天文臺在上海佘山建造了邋口徑為２５米的射電望遠(yuǎn)逡逑鏡
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P111.44

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2626748