[发明专利]用于大口径射电望远镜换源的串级避振规划方法与系统

说明书

本发明涉及大口径射电望远镜的运动控制领域，具体涉及一种用于大口径射电望远镜换源的串级避振规划方法与系统。目的是为了降低换源过程中因加减速运动引起的系统振动，同时避免因使用物理阻尼器而增加成本。本发明的规划系统中，任务参数指令下达模块将指定的换源参数发送给串级避振规划模块，该模块通过两个子处理过程：初步运动曲线规划和ZVD输入整形，输出的最终运动规划曲线通过指令分解器求解出各执行机构的控制指令，通过控制驱动机构完成大口径射电望远镜的换源任务。此外，串级避振规划模块需要用到系统参数估计器产生的系统参数。本发明显著降低了因加减速运动引起的系统振动，提高了馈源接收机定位精度，并保证了系统的快速性。

技术领域

本发明涉及大口径射电望远镜的运动控制领域，具体涉及一种用于大口径射电望远镜换源的串级避振规划方法与系统。

背景技术

我国自主建成的500m口径射电望远镜FAST为实现在大尺度工作空间范围的高精度定位，采用两级调节机构的设计方案。第一级调节机构是6索并联驱动机构和AB轴转向机构，它用于实现对馈源舱位姿的粗定位；第二级调节机构是Stewart并联机器人，它用于实现对馈源舱粗定位误差的补偿，从而满足关于位姿的高精度技术指标的要求。FAST采用6索并联机构大大减少建设成本，但是由于采用柔性索，也给系统引入了非线性、大滞后等问题，尤其是在运动过程中各种因素很容易引起舱-索系统的振动。就FAST的舱-索系统而言，其具有固有频率低、阻尼小、馈源舱重达30多吨等特点，一旦产生较大的自激振荡，系统振荡衰减很慢，较大的振幅不但影响到定位精度，而且可能会对机械结构造成损耗甚至破坏。

目前关于大口径射电望远镜(如FAST)抑振的方法集中在机械方面，主要是阻尼器的设计。根据大口径射电望远镜机械结构的特点，利用各种原理设计的阻尼器实际上是通过增大系统的阻尼，从而更好地抑制振幅大小以及使振动衰减更快。增加阻尼器的做法能够抑制各种运行情况下产生的振动，但是配置物理阻尼器的缺点是：一方面增加了硬件上的成本；另一方面大口径射电望远镜是一个非常庞大的系统，多余的物理设备为系统运行增加了承重的负担，也为维护工作带来难度；第三，阻尼器运行总是处于不断的损耗状态，不可避免会改变系统某些特定参数及定位测量精度。

为避免物理阻尼器的缺点，运用软件通过数学模型生成具有避振功能的换源(“点到点”运动)参考轨迹，控制柔性索迅速、平稳、准确地将馈源舱安装到位，这是一个最理想的解决方案。但建立怎样的智能控制系统数学模型是该技术的难点。

1998年6月在美国宾夕法尼亚费城召开的“美国控制会议”上发表的《Optimizeds-curve motion profilesfor minimum residual vibration(最优化的曲线运动轨迹的最小残余振动)》公开了“优化S形速度曲线规划”的方法。能够抑制系统在较广频率范围内的振动。但无法完全消除集中于固有频率附近的残余振动，对于频率变化鲁棒性略差。

2009年10月发表在《国际精密工程与制造杂志》上的“Command shaping forflexiblesystems(柔性系统的命令整形)”公开了“ZVD输入整形规划”的方法。具有适应建模误差的敏感性，参数不确定性和非线性等优点，对于固有频率的变化具有较好的鲁棒性。但它的使用依赖于输入的曲线。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种用于大口径射电望远镜换源的串级避振规划方法与系统，显著降低了因加减速运动引起的系统振动，提高了馈源接收机定位精度，同时也保证了系统的快速性。

本发明一方面提出一种用于大口径射电望远镜换源的串级避振规划方法，包括：

步骤S1，依据输入的换源参数，计算初步运动规划曲线，包括换源起点到终点的位移规划曲线以及运动过程中的速度、加速度规划曲线；