大射电望远镜馈源系统50m模型外界激励响应的检测及分析

　　1　引　　言

　　我国首批重大创新工程500 m口径大射电望远镜,要求馈源系统在500 m尺度上实现4 mm控制精度,针对于传统的工程方案无法实现,西安电子科技大学段宝岩教授首次提出的馈源索支撑光机电一体化的控制方案,通过索系的侍服牵引和外界精密测量反馈实现精密控制[4]。由于大跨度索系结构的柔韧性,风载、冰雹等外界激励对馈源平台有着不同频率响应和位移响应,这成为最终能否实现精密控制的关键,理论仿真表明外界激励响应主要集中在1 Hz以下。因此,索系馈源系统对外界激励的响应分析显得至关重要。本文针对这一问题,对馈源系统外界激励扰动的检测方法、测量技术和检测结果进行了相应的研究,提出的采用测量机器人测量的检测方法,并研制了相应的测量系统,在大射电望远镜馈源索支撑系统西安电子科技大学50 m缩比模型中外界瞬息激励响应检测中得以应用,从实验结果来看,该测量方案自动化程度高,高效便捷,对位移响应十分灵敏,与加速计检测方法相比,可获得在同一坐标系下位移响应的绝对分量,从频谱分析来看,实现了2~3 Hz的低频外界激励的响应检测,可满足馈源系统频率响应检测。

　　2　检测方法

　　馈源外界激励响应的检测当中,如图1所示,在馈源舱体下边缘上均匀安置3个360°棱镜作为测量合作目标,采用3台测量机器人TCRA1101plus(测角标称精度1.5″,测距标称精度2 mm+2×10-6)分别对3合作目标进行动态跟踪测量,测量频率为5Hz。在馈源舱体某索连接处(索耳2),通过绳索悬挂一重物,馈源舱体运动到设计的空中位置静止,剪断牵挂重物的绳索,模拟馈源舱体的瞬时外界激励。从馈源舱体开始处于静止状态,到受外界激励产生响应抖动,直至馈源舱体重新恢复到静止状态,测量机器人一直对3测量合作目标进行连续的跟踪测量,获得馈源舱体在整体坐标系下位置的时间序列。

　　在实验当中,还采用了加速度计测量,在同等的实验条件下对索耳2处的进行了加速度测量。加速度计的测量频率为512 Hz,传感器吸附在馈源舱体索耳2处表面,测量结果为该吸附方向的加速度大小,由于馈源舱体的位置和姿态不断变化,无法获得舱体在整体坐标系下的加速度响应。

　　3　测量系统灵敏度的测试

　　在采用测量机器人动态测量检测系统进行馈源的外界激励响应检测之前,对测量系统本身的灵敏度进行了测试:馈源舱体处于静止状态,在3个已知测站上,分别对舱体上的3个合作棱镜进行连续观测。

　　如图2所示,得到观测量的时间序列,如表1所示,水平角观测量的时间序列,最大互差为10.7″,标准差为1.0″,垂直角的观测量的时间序列,最大互差为11.7″,标准差为0.7″,距离观测量的时间序列,最大互差为4 mm,标准差为0.6 mm。相应的坐标分量测量灵敏度优于0.5 mm。测量系统的测量频率高于5 Hz。