斜軸式機(jī)架能夠有效克服傳統(tǒng)地平式機(jī)架垂直軸系過中天振動(dòng)問題,且高度方向驅(qū)動(dòng)更平穩(wěn),成為當(dāng)前天文望遠(yuǎn)鏡機(jī)架結(jié)構(gòu)新的研究熱點(diǎn)。但該結(jié)構(gòu)的方位軸和斜軸之間呈45度夾角,垂直位移由斜軸在切面方向旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生,導(dǎo)致兩方向運(yùn)動(dòng)耦合、跟蹤系統(tǒng)圖像旋移以及縱向不易平衡等難點(diǎn),給控制帶來巨大挑戰(zhàn)。國內(nèi)外斜軸驅(qū)動(dòng)的相關(guān)控制研究尚處探索階段,因此,有必要系統(tǒng)地分析驅(qū)動(dòng)難點(diǎn)成因,提出相應(yīng)對(duì)策,進(jìn)而給出一整套切實(shí)可行的控制方案。首先分析斜軸式機(jī)架的動(dòng)力學(xué)特性,研究其兩軸之間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的復(fù)雜耦合關(guān)系,根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)原理,結(jié)合三維空間圓參數(shù)方程,建立機(jī)架運(yùn)動(dòng)軌跡的精確數(shù)學(xué)模型,并通過運(yùn)動(dòng)仿真,分析機(jī)架跟蹤點(diǎn)空間軌跡的整體及局部特征,為運(yùn)動(dòng)解耦、像場旋移補(bǔ)償和抗干擾控制算法奠定理論基礎(chǔ)。其次,針對(duì)運(yùn)動(dòng)耦合問題,結(jié)合機(jī)架運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)學(xué)模型和各坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,分別從前饋補(bǔ)償和參數(shù)分解兩個(gè)不同的視角展開研究,確立兩種解耦方案。經(jīng)測試,兩者都能較好地解決運(yùn)動(dòng)耦合問題,但是前饋補(bǔ)償有更好的穩(wěn)定性。再次,針對(duì)像場旋移問題,通過構(gòu)造天球映射和空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換求出目標(biāo)質(zhì)心位置,再基于解耦算法分離出精確的兩軸方向獨(dú)立參考量,并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證... 

【文章來源】：南京信息工程大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．３赤道式機(jī)架結(jié)構(gòu)示意圖??７０，、、、，??

制算法提供理論基礎(chǔ)。??２．１建模假設(shè)??斜軸式望遠(yuǎn)鏡機(jī)架的軸系結(jié)構(gòu)如圖２．１所示，主要由方位軸、斜軸和天線中??心線構(gòu)成，方位軸與地平面垂直，斜軸與方位軸呈４５°夾角，天線中心線和斜軸??呈４５°夾角。其中方位軸和斜軸的自轉(zhuǎn)范圍均為０°？３６０°，而天線中心線圍繞斜??軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)范圍也為０°？３６０°。機(jī)架在跟蹤過程中，由方位軸做水平圓周運(yùn)動(dòng)??實(shí)現(xiàn)水平位移，由斜軸在４５°斜面上做圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)垂直位移。??在斜軸式機(jī)架運(yùn)動(dòng)軌跡建模之前，首先進(jìn)行模型變量選取。如圖２．２所示，??以天線焦點(diǎn)位置（即圖像傳感器攝像頭固定位置）作為分析研宄的參考點(diǎn)Ｐ，并??記并分別選取斜軸最低點(diǎn)Ａ和ｘ軸正半軸上一點(diǎn)Ｂ作為斜軸和方位軸??旋轉(zhuǎn)的起點(diǎn)，記斜軸和方位軸的角位移分別為ａ?ｅ?［０°?３６０°］和０?６?［０°?３６０°］，則??Ｐ點(diǎn)的位置可用兩軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)組表示為（ｒ

本文從參考點(diǎn)Ｐ的單條運(yùn)動(dòng)軌跡分析開始，主要有兩種方法：一是固定斜??軸，方位軸旋轉(zhuǎn)一周；二是固定方位軸，斜軸旋轉(zhuǎn)一周。為了更好地研宄斜軸運(yùn)??動(dòng)的特點(diǎn)，故采用第二種方法。如圖２．３所示，首先確定斜軸向量／關(guān)于方位角??的表達(dá)式，假設(shè)｜／｜?＝々，則當(dāng)方位軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，斜軸向量／繞ｚ軸旋轉(zhuǎn)了一??周，形成一個(gè)以為法線的倒置圓錐，其底面的圓周平行于ｘｏｙ平面，該圓周??的圓心為＝?（０，０，１），半徑為ｒＱ?＝?１，所在平面法向量為ｎ〇?＝?（０，０，１）。??推導(dǎo)得到三維空間任意圓周的參數(shù)方程為：??１ｘ?＝?ａ?＋?Ｒ?■?ｃｏｓ?ｓ０?？?ｃｏｓ?ｔ〇??ｙ?＝?ｂ?＋?Ｒ?？?ｃｏｓ?ｓ〇?■?ｓｉｎ?ｔ〇?（２－１）??ｚ?＝?ｃ?＋?Ｒ?■?ｓｉｎ?ｓ０??式中：ｓ０?＝?ｔａｎ＿１［（－ｍ＿?ｃｏｓ?ｔ０?＋?ｎ?？?ｓｉｎ?ｔ〇）／ｐ］，?ｔ〇?ｅ?［０，２７ｒ］，（ａ，?６，?ｃ）為圓周圓??心，７？為圓周半徑，為圓周所在平面的法向量。??根據(jù)式２－１可得斜軸向量／關(guān)于＾的表達(dá)式為：??Ｚ?＝?（ｃｏｓ?沒，ｓｉｎ?０，１），?０?￡?［０，２７ｒ］?（２－２）??１１??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]天文望遠(yuǎn)鏡消旋K鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析[J]. 魏燁艷,王東光,梁明,侯俊峰,鄧元勇,張志勇,孫英姿.  中國激光. 2016(03)
[2]空中加油軟管-錐套空中飄擺運(yùn)動(dòng)建模與控制[J]. 張進(jìn),袁鎖中,龔全銓.  系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào). 2016(02)
[3]斜軸式天文望遠(yuǎn)鏡機(jī)架的驅(qū)動(dòng)控制[J]. 周旺平,劉文,劉偉.  光學(xué)精密工程. 2015(06)
[4]斜軸式天文望遠(yuǎn)鏡運(yùn)動(dòng)特性研究[J]. 婁錚,程景全,左營喜,楊戟.  天文學(xué)報(bào). 2015(02)
[5]30m望遠(yuǎn)鏡三鏡系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)接口設(shè)計(jì)及分析[J]. 趙宏超,張景旭,楊飛,郭鵬.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2015(03)
[6]星空背景下空間目標(biāo)的快速識(shí)別與精密定位[J]. 李振偉,張濤,孫明國.  光學(xué)精密工程. 2015(02)
[7]FAST的進(jìn)展——科學(xué)、技術(shù)與設(shè)備[J]. 南仁東,李會(huì)賢.  中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2014(10)
[8]上海65m射電望遠(yuǎn)鏡非均勻溫度場及其效應(yīng)[J]. 錢宏亮,柳葉,范峰,金曉飛.  光學(xué)精密工程. 2014(04)
[9]機(jī)載光電平臺(tái)實(shí)時(shí)圖像消旋[J]. 李剛,張赫.  液晶與顯示. 2014(02)
[10]大口徑光電探測設(shè)備主鏡晃動(dòng)的誤差補(bǔ)償[J]. 孫航,張海波,曹立華,耿愛輝.  光學(xué)精密工程. 2014(01)

博士論文
[1]望遠(yuǎn)鏡中跟蹤架的擾動(dòng)補(bǔ)償及精密控制技術(shù)研究[D]. 蔡華祥.中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所) 2016
[2]運(yùn)動(dòng)平臺(tái)ATP系統(tǒng)控制技術(shù)研究[D]. 劉子棟.中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所） 2015
[3]運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中慣性穩(wěn)定控制技術(shù)研究[D]. 夏運(yùn)霞.中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所） 2013
[4]機(jī)載CCD圖像消旋控制技術(shù)研究[D]. 王霆.中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所） 2005

碩士論文
[1]望遠(yuǎn)鏡消旋系統(tǒng)研究[D]. 郭鵬.中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2013
[2]骨肉瘤醫(yī)學(xué)影像分析系統(tǒng)研究[D]. 丁少偉.南京航空航天大學(xué) 2013
[3]基于大型望遠(yuǎn)鏡的雙電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)研究[D]. 劉新瑋.中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所） 2012
[4]1.2米地平式望遠(yuǎn)鏡視場旋轉(zhuǎn)研究與消旋[D]. 鞠青華.中國科學(xué)院研究生院（云南天文臺(tái)） 2008
[5]天基光電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)建模仿真研究[D]. 彭華峰.四川大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3502022