本文關(guān)鍵詞：主鏡液壓支撐系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：反射式望遠(yuǎn)鏡是一種技術(shù)密集型的國防建設(shè)設(shè)備,廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈發(fā)射及飛行狀態(tài)檢測、空間探測、天體探測等領(lǐng)域。反射式望遠(yuǎn)鏡的探測能力與主鏡的口徑成正相關(guān)關(guān)系,隨著探測技術(shù)的發(fā)展,大口徑望遠(yuǎn)鏡是未來望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的主要發(fā)展方向,主鏡支撐系統(tǒng)作為反射式望遠(yuǎn)鏡的重要組成部分,是保證望遠(yuǎn)鏡成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素,也是研制大口徑反射式望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵技術(shù)之一。主鏡支撐系統(tǒng)的主要功能有兩個:第一,在保證鏡面變形量不超過允許值的前提下,承受主鏡的重量;第二,保證主鏡與鏡室的偏差始終處于合理的范圍內(nèi)。論文在綜合分析國內(nèi)外大口徑望遠(yuǎn)鏡的研制情況及主鏡支撐技術(shù)研究現(xiàn)狀與進展的基礎(chǔ)上,指出了現(xiàn)有主鏡支撐系統(tǒng)在支撐剛度及主鏡姿態(tài)保持方面存在的問題,提出了基于微位移控制的主鏡液壓支撐系統(tǒng)。該液壓支撐系統(tǒng)將主鏡支撐系統(tǒng)分為三個軸向支撐分區(qū),分區(qū)采用"伺服電機+位移放大缸+支撐液壓缸"的位置控制方案,分區(qū)內(nèi)多個支撐液壓缸協(xié)同工作,通過位置控制器的設(shè)計,實現(xiàn)了主鏡支撐分區(qū)的百毫秒以內(nèi)的微米級別精確定位,保障了主鏡姿態(tài)保持能力;液壓支撐系統(tǒng)的支撐剛度受多方面因素的影響,論文主要揭示了支撐液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸、支撐系統(tǒng)管道布置、油液性能等對支撐剛度的影響規(guī)律,提出通過真空處理及相應(yīng)的注油方式提高主鏡液壓支撐系統(tǒng)剛度的方法;主鏡分區(qū)間存在耦合作用,是影響位姿控制精度的重要因素,論文提出弱化耦合作用,優(yōu)化控制參數(shù)的方法,進一步提高了主鏡液壓支撐系統(tǒng)的姿態(tài)保持能力和位姿控制精度。本文的主要研究內(nèi)容如下:第一章,闡述了課題背景和研究意義,在大量國內(nèi)外現(xiàn)有望遠(yuǎn)鏡支撐技術(shù)相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上,概括總結(jié)了主鏡液壓支撐技術(shù)存在的幾個問題:與傳統(tǒng)的機械支撐方式相比,液壓支撐方式的剛度受到多方面因素的影響;液壓支撐系統(tǒng)需要高精度快速定位;主鏡液壓支撐系統(tǒng)多個分區(qū)間存在耦合影響。針對這幾個問題,提出了本課題的主要研究內(nèi)容。第二章,根據(jù)望遠(yuǎn)鏡觀測精度要求,確定了主鏡支撐系統(tǒng)的控制精度要求。建立了主鏡液壓支撐系統(tǒng)運動學(xué)和動力學(xué)分析模型,分析了不同驅(qū)動方式的微位移控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點,確定了驅(qū)動方案并設(shè)計了微位移控制系統(tǒng)及相應(yīng)的試驗臺。第三章,針對主鏡對液壓支撐系統(tǒng)的高剛度要求,分析了剛度影響因素,包括支撐液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸,管道布置情況和油液彈性模量的影響;設(shè)計油液預(yù)處理及注油裝置,有效提高系統(tǒng)油液性能;分析了不同注油方式對支撐液壓缸的剛度影響,設(shè)計符合高剛度液壓系統(tǒng)要求的新型注油方式;采用新型注油方式對主鏡支撐系統(tǒng)進行注油操作并進行主鏡姿態(tài)測試實驗,驗證了主鏡支撐液壓系統(tǒng)高剛度設(shè)計的有效性。第四章,針對主鏡液壓支撐系統(tǒng)的位置控制需求,建立了微位移控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,并進行了驗證。分析了微位移控制系統(tǒng)的控制框架,采用現(xiàn)有的常規(guī)控制器進行位置控制系統(tǒng)的設(shè)計,實現(xiàn)了微位移控制系統(tǒng)高精度快速定位實驗。針對液壓系統(tǒng)存在的性能多變性,提出了基于定量反饋理論的魯棒控制策略,并進行了相應(yīng)的位置控制實驗。第五章,闡述了主鏡姿態(tài)全閉環(huán)控制的基本原理,分析了主鏡姿態(tài)控制中各分區(qū)耦合影響產(chǎn)生的原因,提出了基于進化差分坐標(biāo)尋優(yōu)的解耦控制,并進行了主鏡姿態(tài)保持實驗。分析了長管道效應(yīng)對主鏡液壓支撐系統(tǒng)可能存在的影響,對管道的長度、管道直徑和油液粘度等物理量進行了基于AMEsim模型的長管道效應(yīng)仿真分析,基于仿真結(jié)果為主鏡液壓支撐系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計提供理論參考。第六章,對全文的工作及成果進行了概括總結(jié),并展望了本課題下一步總做的研究方向。
【關(guān)鍵詞】：大口徑反射式望遠(yuǎn)鏡 主鏡支撐系統(tǒng) 液壓支撐系統(tǒng) 高剛度設(shè)計 真空注油 微米級位置控制 主鏡姿態(tài)控制
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH743
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-16
• 第1章 緒論16-33
• 1.1 引言16-17
• 1.2 國內(nèi)外大口徑反射式望遠(yuǎn)鏡研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.1 國外大口徑反射式望遠(yuǎn)鏡研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.2 國內(nèi)大口徑反射式望遠(yuǎn)鏡研究現(xiàn)狀18
• 1.3 國內(nèi)外主鏡液壓支撐技術(shù)研究現(xiàn)狀18-26
• 1.3.1 主鏡支撐技術(shù)概述18-21
• 1.3.2 國外主鏡液壓支撐研究現(xiàn)狀21-23
• 1.3.3 國內(nèi)主鏡液壓支撐研究現(xiàn)狀23-24
• 1.3.4 現(xiàn)有主鏡液壓支撐研究成果分析24-26
• 1.4 主鏡液壓支撐系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)概述26-30
• 1.4.1 高剛度主鏡液壓支撐系統(tǒng)26-28
• 1.4.2 主鏡液壓位置控制技術(shù)28-30
• 1.5 課題研究意義與內(nèi)容30-32
• 1.6 本章小結(jié)32-33
• 第2章 主鏡液壓支撐系統(tǒng)技術(shù)33-57
• 2.1 主鏡支撐技術(shù)分析33-35
• 2.1.1 主鏡支撐原理分析33-34
• 2.1.2 主鏡支撐試驗平臺概況34-35
• 2.2 主鏡支撐系統(tǒng)動力學(xué)分析35-48
• 2.2.1 主鏡自由度分析36-37
• 2.2.2 主鏡運動學(xué)解算37-40
• 2.2.3 主鏡工作空間分析40
• 2.2.4 主鏡動力學(xué)分析40-42
• 2.2.5 主鏡動力學(xué)建模與仿真42-48
• 2.3 微位移控制方法48-55
• 2.3.1 系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)49-50
• 2.3.2 系統(tǒng)設(shè)計50-52
• 2.3.3 系統(tǒng)關(guān)鍵元件選型52-54
• 2.3.4 微位移控制試驗臺54-55
• 2.4 本章小結(jié)55-57
• 第3章 主鏡液壓支撐系統(tǒng)高剛度57-77
• 3.1 主鏡支撐液壓系統(tǒng)剛度影響因素分析57-64
• 3.1.1 支撐缸結(jié)構(gòu)尺寸57-59
• 3.1.2 支撐系統(tǒng)管道布置影響59-62
• 3.1.3 油液含氣量影響62-64
• 3.2 真空除氣及注油裝置原理與設(shè)計64-68
• 3.2.1 真空除氣理論基礎(chǔ)64-65
• 3.2.2 油液處理及注油裝置方案設(shè)計及元件選型65-67
• 3.2.3 電控方案選擇67-68
• 3.3 真空除氣及主鏡液壓支撐系統(tǒng)注油試驗68-75
• 3.3.1 真空除氣前后氣體含量對比實驗68-69
• 3.3.2 主鏡支撐液壓缸注油實驗69-73
• 3.3.3 主鏡液壓支撐系統(tǒng)注油及姿態(tài)測試實驗73-75
• 3.4 本章小結(jié)75-77
• 第4章 主鏡支撐系統(tǒng)微位移控制技術(shù)77-111
• 4.1 主鏡支撐微位移控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及參數(shù)辨識77-84
• 4.1.1 微位移控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立77-80
• 4.1.2 液壓系統(tǒng)仿真模型建立與參數(shù)設(shè)定80-81
• 4.1.3 開環(huán)性能測試與分析81-83
• 4.1.4 模型參數(shù)辨識83-84
• 4.2 主鏡支撐微位移控制系統(tǒng)響應(yīng)影響因素84-89
• 4.2.1 系統(tǒng)固有性能參數(shù)對系統(tǒng)響應(yīng)的影響85-88
• 4.2.2 可調(diào)節(jié)參數(shù)對系統(tǒng)響應(yīng)的影響88-89
• 4.2.3 系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)影響小結(jié)89
• 4.3 主鏡支撐微位移控制系統(tǒng)常規(guī)位置控制89-99
• 4.3.1 常規(guī)控制器設(shè)計方法90
• 4.3.2 常規(guī)控制器設(shè)計方法仿真研究90-96
• 4.3.3 常規(guī)控制器設(shè)計方法實驗研究96-98
• 4.3.4 常規(guī)控制器設(shè)計方法仿真與實驗結(jié)果小結(jié)98-99
• 4.4 基于定量反饋理論(QFT)的主鏡支撐微位移系統(tǒng)魯棒控制器99-109
• 4.4.1 定量反饋理論設(shè)計方法概述100-103
• 4.4.2 主鏡支撐微位移控制系統(tǒng)QFT控制器設(shè)計與仿真103-108
• 4.4.3 QFT魯棒控制器不同溫度工作場合實驗108-109
• 4.5 本章小結(jié)109-111
• 第5章 主鏡液壓支撐系統(tǒng)姿態(tài)控制技術(shù)111-137
• 5.1 主鏡姿態(tài)控制概述111-112
• 5.2 主鏡姿態(tài)解耦控制112-124
• 5.2.1 主鏡液壓支撐試驗臺姿態(tài)控制原理112-113
• 5.2.2 主鏡姿態(tài)耦合原理113-115
• 5.2.3 耦合影響對主鏡支撐分區(qū)位置控制影響仿真研究115-119
• 5.2.4 主鏡姿態(tài)耦合影響實驗分析119-120
• 5.2.5 基于進化差分的解耦控制120-124
• 5.2.6 分區(qū)耦合作用對主鏡姿態(tài)控制的影響實驗驗證124
• 5.3 主鏡液壓支撐系統(tǒng)長管道效應(yīng)124-135
• 5.3.1 液壓系統(tǒng)長管道效應(yīng)概述124-125
• 5.3.2 液壓長管道模型125-129
• 5.3.3 主鏡液壓支撐系統(tǒng)管道效應(yīng)性能研究129-133
• 5.3.4 主鏡液壓支撐系統(tǒng)管道效應(yīng)優(yōu)化設(shè)計133-135
• 5.4 本章小結(jié)135-137
• 第6章 總結(jié)與展望137-142
• 6.1 論文總結(jié)137-140
• 6.2 工作展望140-142
• 參考文獻142-154
• 作者簡歷及在學(xué)期間取得的科研成果154-155

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