FAST主动反射面变形测控方案分析

　　1　主动反射面的要求

　　主动反射面是用钢缆编成柔性三角形网格。在上面安装约4800块边长约11m的三角形金属反射板。在2400个钢缆网格的节点上用钢索和安装在地面的执行机构连接。在各执行机构下拉的预拉力下,整个反射面首先形成标准的中性球面(初始位置)。当我们按天文观测的要求通过执行机构放松某些部分下拉索,反射面就可以形成不同指向的抛物面。这个过程是连续的,以保证抛物面始终聚焦指向接收装置。反射面能否尽可能准确地将宇宙射电信号反射到接收装置是观测效果好坏的关键因素之一。从总体设计的计算,给主动反射面提出的要求如下,在500m尺度的范围内,其精度要求还是非常严苛的:其主动反射面中性球面表面均方差小于10mm;节点径向位移测量频率0·02Hz;节点沿径向最大行程(即最大变形)1m,最大运动速度1·6mm/s。

　　2　实现反射面控制的构想和实验的必要性

　　反射面节点数量庞大,任何控制方案必须把可靠性放在重要位置考虑。同时其复杂性和成本也必须是可接受的。反射面的测量控制方案应该选择现在航天、军事和工业控制中先进、成熟同时投资适当的技术方案。节点位置静态测量采用6台激光全站仪分区测量, 10min测量2400点的x, y, z三维坐标。为配合测量,每个节点上贴有激光反射靶标。静态测量是指没有天文观测的时间对反射面中性球面进行的标定性测量,它对实时性要求不高。这个测量数据还可以和CCD摄相机动态测量数据进行比对校正。节点位置动态测量采用多台CCD摄相机立体测量,得到的图象经过计算机重构后得出每个节点位置的三维坐标。它主要是测量有效口径(即反射面起主要作用的部分)内的1000余点节点位置,时间约1min,精度2mm。

　　节点控制器是采用现场总线网络连接的智能电动执行器。它可以接受上位计算机发布的指令,并各自按要求实现运动控制,然后将有关数据上报。

　　反射面是安装在用钢缆编成柔性三角形网格上,因此网格各节点间互相是有影响的(即存在耦合),对如此大量的节点位置进行闭环解耦控制是非常困难的。但如果我们可以信赖反射面运动的稳定性和重复性足够好,我们完全可以在离线对位置进行标定测量的基础上实行开环控制。这样各节点控制器按天文观测的要求选择一组运动轨迹独立运动,而整个反射面就形成了一个运动中的合乎要求的瞬时抛物面。反射面设计首先需要通过结构和土建专业进行精确的计算来保证能达到要求。可这毕竟是理论的推演,而且没有先例可以借鉴。因此有必要在一个缩小化的模型上来验证理论计算的可靠度,发现可能的遗漏因素,对确定控制方案和顺利完成最终工程有重要的意义。