[發明專利]一種FAST望遠鏡艙索系統的阻尼測試方法

有效

• 申請號: 201910184276.2
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN109870284B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 湯為;孫才紅;朱文白;李輝;潘高峰;楊清閣
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺
• 主分類號: G01M7/06
• 分類號: G01M7/06
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 張淑賢;王慶彬

本發明公開一種FAST望遠鏡艙索系統的阻尼測試方法，其特征在于，該方法為：施加激勵使得艙索系統產生自由衰減振動，通過測量代艙的振動加速度反算艙索系統的阻尼和固有振動頻率。本發明能夠在FAST望遠鏡工程現場測量并評估代艙+6索系統在真實環境下的振動響應水平，并根據振動響應測試艙索系統的阻尼比，為索驅動調試、艙索聯調和望遠鏡聯調的控制程序提供系統真實的阻尼比參數，保障FAST望遠鏡的控制精度。

技術領域：

本發明涉及艙索阻尼系統測試技術領域，尤其涉及一種FAST望 遠鏡艙索系統的阻尼測試方法。

背景技術：

500米口徑球面射電望遠鏡(Five-hundred-meter-Aperture-Spherical-radio-Telescope)項目簡稱FAST。該項目建于貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣克 度鎮金科村的大窩凼，利用大窩凼天然喀斯特地建設500米口徑、120 度張角的球面射電望遠鏡。

FAST由臺址勘察與開挖、主動反射面、饋源支撐、測量與控制、 接收機與終端、觀測基地建設幾大系統構成。饋源支撐系統為FAST 三項自主創新之一，其組成包括：支撐塔、索驅動、饋源艙、艙停靠 平臺、動態監測、防雷。均勻分布在直徑600米圓周上的6座百余米高塔支撐6根鋼索拖動重約30噸的饋源艙，其在150米的高空、200 米的范圍內運動，同時艙內AB軸機構、stewart平臺對接收機進行 精調，要求饋源實時定位精度優于10毫米，以實現望遠鏡對天體的 高精度指向跟蹤觀測。

而阻尼是影響FAST饋源支撐系統控制精度的重要因素。饋源支 撐系統對艙內下平臺接收機的精確定位是通過三級調整機構的聯調 控制實現的，首先是索驅動系統對饋源艙位姿的初步調整(誤差不大 于48mm)，然后是艙內AB軸旋轉機構進一步對下平臺的姿態角進行 補償調整，最后由艙內Stewart精調平臺實時補償下平臺的殘余定位 誤差，保證其小于RMS 10mm。AB軸機構的調整是準靜態的，但Stewart 平臺的動態調整會對饋源艙產生額外的反作用力，由于艙+6索系統 具有較大的柔性，該反作用力可能激勵艙+6索系統發生共振，導致 控制失穩。只有艙索系統具有一定量的阻尼，使此激勵能量迅速衰減， 才能夠保證系統的控制穩定性，從而到達要求的控制精度。

為了解艙索系統的阻尼大小，曾經測試過各種FAST縮比模型的艙 索系統的阻尼比。根據試驗得到的結果，各類模型艙索系統的阻尼比 下限大致在0.22％左右。根據試驗測得的阻尼比，2007年基于中德合 作開展的FAST饋源支撐系統原型的全過程仿真(end-to-end simulation)采用了最小值0.22％的阻尼比參數。仿真結果證明在此 阻尼參數下，饋源艙內下平臺的控制精度雖然滿足設計要求，但已處 于臨界狀態。由于影響系統阻尼的因素復雜多變，很難滿足模型相似 律的要求，根據模型試驗得到的阻尼比參數難以適用于原型的阻尼比。

而且，艙索阻尼系統又具有其獨特性：應用于山區野外環境、跨 度大、運行工況復雜、信號傳輸至控制室的路徑大約為3公里，上述 特點要求測試所用的儀器抗野外環境能力強，且要求所用的測試方法 具有較強的抗干擾能力。

目前，在理論上沒有能夠準確計算艙索阻尼系統阻尼的方法，對 于艙索系統原型的阻尼比參數只能通過艙索系統原型的阻尼試驗得 到，對于阻尼的分析只能從實驗的方法出發，從結構振動響應信號中 來識別，獲得的阻尼比參數不準確，無法保障FAST望遠鏡的控制精 度。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種FAST望遠鏡艙索系統的阻尼測 試方法，彌補了技術上在艙索阻尼系統的阻尼測試空白，本方法能夠 在FAST望遠鏡工程現場測量并評估代艙+6索系統在真實環境下的振 動響應水平，并根據振動響應測試艙索系統真實的阻尼比。

本發明提供一種FAST望遠鏡艙索系統的阻尼測試方法：施加激 勵使得艙索系統產生自由衰減振動，通過測量代艙的振動加速度反算 艙索系統的阻尼和固有振動頻率。

上述使艙索系統產生自由衰減振動的方法為：