[發明專利]用于南極天文望遠鏡的潛隱故障自愈半實物仿真平臺

有效

• 申請號: 201711234038.5
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108037677B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 楊世海;李運;許丹丹;吳佳佳
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 栗仲平

用于南極天文望遠鏡機電系統的潛隱故障自愈半實物仿真平臺，由故障模擬系統、故障分析與自愈系統兩部分組成；故障模擬系統由通用工業控制計算機、顯示器、控制器UMAC、串口通信服務器、IO輸入輸出單元、繼電器、程控電源、網絡交換機組成；故障分析與自愈系統由寬溫工業控制計算機、顯示器、串口通信服務器、IO輸入輸出單元、繼電器、程控電源、慣性單元、網絡交換機、傳感器組成。本發明與全實物模型系統相比造價較低且通用性好；與全數字仿真相比模擬故障更為接近實際情況，所得結果更為可信。本發明通用性好，可通過Ethernet與實物南極望遠鏡相連，不僅可作為仿真平臺且可作為真正工作的實時全實物故障檢測與自愈平臺。

技術領域

本發明涉及一種天文望遠鏡的潛隱故障自愈半實物仿真平臺，具體涉及一種用于南極天文光學望遠鏡機電系統的潛隱故障自愈半實物仿真平臺。

本發明是國家自然科學基金面上項目（11373052）“南極大口徑望遠鏡潛隱故障預警及無縫智能自愈策略的研究”的成果。

背景技術

當今世界各國開始在南極開展天文觀測，布置一些天文觀測設備，而且觀測設備的口徑越來越大。而南極冰穹A則是地球上進行天文觀測的最佳臺址之一。到目前為止，中國已經在南極冰穹A成功安裝了中國之星（CSTAR）望遠鏡、兩臺南極巡天望遠鏡(AST3-1和AST3-2)，并且同時安裝了能源支撐平臺PLATO-A、天文臺址監測自動氣象站等許多輔助設備。

南極有著優異的天文觀測條件，但是高寒（冰穹A最低溫度可達-80℃）、低氣壓（海拔4093米）等惡劣的自然環境，導致電子元件、光學和機械系統的故障率大增；南極望遠鏡建造在冰層上，控制系統缺乏可靠的接地以屏蔽干擾，大量電磁干擾竄入系統；南極是個類似外層空間的環境，強輻射導致單粒子翻轉效應，會導致大規模集成電路的功能紊亂。再加上軟件本身健壯性原因和人為操作錯誤等原因，使得望遠鏡系統故障停機的機率高于普通望遠鏡。

南極天文光學望遠鏡不能允許出現故障停機。因為位于南極冰穹A的中國南極昆侖站不是越冬站，望遠鏡長期無人值守，長年連續工作。望遠鏡一旦發生故障，第二年才會有南極考察隊員進行維護工作。

對南極天文望遠鏡的故障檢測、診斷和故障處理方法進行研究，有利于望遠鏡后期故障解決方案的實施。尤其是，南極天文望遠鏡機電系統的不少故障往往有個萌芽、發展、最終形成真正故障的過程，在這個發展過程中的故障，我們稱之為潛隱故障。而對潛隱故障的及時感知和分析判斷，以至于消除，是很有價值的研究。

目前國內外還沒有開發出針對南極天文光學望遠鏡機電系統的潛隱故障半實物仿真平臺，而南極天文望遠鏡的設計與研制又迫切需要這樣的仿真平臺指導與驗證故障檢測、故障診斷與故障處理方法。正是由于較強的新穎性和在南極天文儀器方面具有的實用性，所以國家自然科學基金提供了資金支持這個南極天文望遠鏡故障半實物仿真平臺的發明研究。

故障仿真平臺具有專門性，所以是不存在所謂的“通用”半實物仿真平臺的。甚至即使對于同一對象，基于其運動性能仿真和基于其故障仿真，也需要完全不同的平臺進行，即運動仿真平臺和故障仿真平臺。本發明與國內外現有故障仿真平臺有如下區別：（1）其他平臺不是針對南極環境，器件不滿足高原低氣壓、嚴寒的環境；（2）其他平臺沒有考慮和解決故障仿真平臺自己的可靠性和故障問題，更沒有平臺自身自愈措施；（3）其他平臺沒有針對南極天文望遠鏡這個特殊對象；（4）其他沒有遠程預警措施；（5）其他平臺不是針對潛隱故障進行研究。

發明內容