Stewart机构大幅主动减振耦合控制实验研究

　　0　引言

　　拟建的FAST (five hundred meter aperturespherical radio telescope)是世界上最大的单天线射电望远镜。FAST同目前世界上其他大射电望远镜相比,一个最大的创新点在于其馈源接收机的支撑和定位系统。该方案是先通过大跨度的悬索将馈源舱粗调到厘米级精度(小于50cm),然后在馈源舱内采用Stewart机构进行二次精调,对风激及其他扰动造成的振动进行抵消,保证馈源接收机最终达到毫米级(小于40mm)的定位精度要求[1,2]。

　　Stewart平台作为振动稳定器有很多优点,目前的研究主要集中在将Stewart平台用于微幅振动的控制问题[3~7],通常采用特殊的构型及小范围运动的机构线性化处理实现减振控制。在本应用中有两个特点:一是所需要的减振幅度较大,无法对机构实行线性化的近似;二是由于整个机构相对地面采用的是柔索支撑,因此驱动支链中的驱动力会造成Stewart机构的两平台之间的耦合。为研究在这种大幅振动且平台间相互耦合情况下的Stewart平台减振,我们构建了模型实验系统。

　　1　实验系统

　　FAST对模型正常工作的总体要求是,在一定的外界干扰(主要是风)下,使馈源小车的控制点按规定的馈源轨迹运行并满足左右的均方根误差。为满足这一要求,采用了一次索支撑和二次精调平台两级系统耦合反馈控制的方案。

　　1.1　一次支撑系统的结构与控制

　　一次支撑采用4个支撑塔,通过每个支撑塔上的2根承重索及1根驱动索实现对馈源小车的位姿粗调。4个支撑塔分布如图1所示。

　　一次支撑采用位置反馈与力反馈混合控制,控制量是各条钢索伸长的速度。定义钢索速度方向是伸长为正,各钢索伸长的速度由三组分量相加而成:　　                                           v=vT+vFBL+vFBF                            (1)

　　式中,v为索的输出速度;vT为理论馈源跟踪速度,按照实际FAST观测的需要以及模型相似比,vT的大小取3mm/s;vFBL为位置反馈速度分量;vFBF为力反馈速度分量。

　　首先通过对馈源小车位置误差采用PID控制计算得到调整位移量,再通过两组数据之间的时间间隔,就相应得到对应的位置反馈速度。

　　力反馈速度vFBF,其计算方法基于如下期望:驱动索中的张力不小于给定值,承重索和稳定索中的张力保持为给定值。