【摘要】： 本文研究了大射電望遠鏡FAST懸索式饋源支撐系統(tǒng)的運動學理論、動態(tài)檢測技術(shù)、 控制結(jié)構(gòu)與策略以及實驗。大射電望遠鏡懸索式饋源支撐系統(tǒng)從理論上說屬于并聯(lián)機構(gòu)學 的研究范疇，國內(nèi)外關(guān)于這種新型機構(gòu)的研究目前仍然處于探索階段，尚沒有形成系統(tǒng)的 理論與方法。本文從懸索式饋源支撐系統(tǒng)的粗精兩級調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)出發(fā)，首次提出了并聯(lián)宏- 微機器人的概念；根據(jù)機器人運動學理論建立了并聯(lián)宏-微機器人系統(tǒng)的逆運動學模型， 該模型是對饋源支撐系統(tǒng)進行計算機控制的基礎(chǔ)；懸索式饋源支撐系統(tǒng)是并聯(lián)機構(gòu)，與串 聯(lián)機器人在控制策略上的不同在于對懸索系統(tǒng)進行點位控制的同時，仍需要考慮點到點之 間的過程，因此不僅對索長要進行控制，而且對索的速度也要進行控制；本文將串聯(lián)機器 人理論中的基于啟發(fā)式策略的速度規(guī)劃方法應(yīng)用于懸索系統(tǒng)的速度規(guī)劃，采用此方法可以 生成饋源艙在各個軌跡點時懸索的變化速度；然后根據(jù)本系統(tǒng)特點提出了一種過路徑點 的三次——四次多項式混合插值法，該方法用來生成路徑點之間的插補軌跡、插補速度， 計算結(jié)果表明按照此方怯生成的插補軌跡的誤差完全可以滿足系統(tǒng)控制精度的要求，同時 可保證在路徑點處懸索的速度連續(xù)；基于懸索式饋源支撐系統(tǒng)位置分散、控制集中的特 點，提出了上下位機的分布式控制結(jié)構(gòu)，考慮到饋源支撐系統(tǒng)的兩種工作狀態(tài)（跟蹤射電 源和尋找射電源）的不同要求，提出了系統(tǒng)的Fuzzy—FuzzyPID雙�？刂撇呗�；在深入 研究各種動態(tài)檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了可用來實時檢測饋源艙位置與姿態(tài)的三種技術(shù)：全 球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、動態(tài)跟蹤全站儀和基于計算機視覺的動態(tài)檢測技術(shù)（CCD）， 完成了三種檢測方法的技術(shù)方案，并建立了相關(guān)的數(shù)學模型；為驗證大射電望遠鏡機電光 一體化設(shè)計的基本思想及相關(guān)技術(shù)方案，設(shè)計并制造了直徑5米的懸索式饋源支撐系統(tǒng)實 驗?zāi)Ｐ�，，對本文所提方案及策略進行了初步實驗驗證；為提高饋源艙在極限工作位置時系 統(tǒng)的剛度，提出了六懸索系統(tǒng)的改進方案，增加兩根下拉懸索以提高系統(tǒng)的剛度和穩(wěn)定性， 50米室外模型按照新的八懸索方案進行建造和實驗。全文共分8章進行論述，各章所討 論的主要內(nèi)容如下： 第一章 緒論。本章介紹了大射電望遠鏡FAST背景及技術(shù)指標；概述了柔性并聯(lián) 懸索機構(gòu)的研究現(xiàn)狀以及懸索式饋源支撐系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容；介紹了本文的主要工作和 內(nèi)容。 第二章 并聯(lián)宏-微機器人系統(tǒng)的逆運動學模型。本章提出了并聯(lián)宏-微機器人的概 念及基于懸索張力均勻原則和懸索系統(tǒng)勢能最小原則的兩種索張力優(yōu)化配置方案，并在此 基礎(chǔ)上建立了并聯(lián)懸索系統(tǒng)的逆運動學模型，推導了動基座Stewart平臺的誤差補償模型。 第三章 并聯(lián)懸索機構(gòu)的運動規(guī)劃。本章介紹了并聯(lián)懸索機構(gòu)的速度控制策略，應(yīng) 用啟發(fā)式策略生成了懸索在各個路徑點的速度；提出了一種三次-四次多項式混合插值法， 運用此方法可以生成路徑點之間的插補軌跡、插補速度，計算結(jié)果表明此方法優(yōu)于目前 常用的Stewart并聯(lián)機構(gòu)的插豐D方法；最后給出了懸索系統(tǒng)運動u實時性問題的解決辦 法。 第四章 懸索式饋源支撐系統(tǒng)的u結(jié)構(gòu)與控簾慌略。本章提出了懸索式饋源支撐 系統(tǒng)的分布u結(jié)構(gòu)，根據(jù)大射甸戴頑鄙固宗時電源和尋找射＋工作狀態(tài)，提出 了系統(tǒng)的h肚y1訕叼水D聊圃攬慷略，介紹了鍛－統(tǒng)的硼一， 最后給出了懸索的張力監(jiān)壩u方案。 第五章 饋源艙位置與姿態(tài)的動態(tài)u。本章提出了可用來實時檢測饋源艙位置 與姿態(tài)的三萬4技術(shù)：全球衛(wèi)星定ag統(tǒng)（GPS）、動態(tài)足團綜全站儀禾U基于計算機視覺的動 態(tài)檢狽技術(shù)KCD），完成了刁＋蹦u施的技術(shù)方案，并敬了相關(guān)的數(shù)髓型。 第六章 懸索式饋源支撐系統(tǒng)SWh型實驗研究。本章介紹了在國家自然科學基金 支持下＄撇的5米實驗?zāi)Ｐ偷目傮w結(jié)構(gòu)、控偉系統(tǒng)和初步的實驗結(jié)果。 第七章 懸索式饋源支撐系統(tǒng) 50米室汐喉型。本章介紹了在中科院知間槍IJat程 重大項目支持下正在建造的50米 喉型的總體結(jié)構(gòu)u系統(tǒng)。 第八章 結(jié)論與展望。本章總結(jié)了本文的主要研究D需要進一步深入研究的課 題。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2001
【分類號】：TH751

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本文編號：2693717