南极大型望远镜主镜运输的抗振缓冲系统

我国南极天文台规划有一台主镜口径2.5 m的光学红外望远镜。这台望远镜在国内制造,以大型装配体的形式运输到南极天文台，从南极边沿的中山站到南极内陆的昆仑站需要用雪橇车运输。雪橇车在一些路段振动剧烈。文中以这台望远镜主镜运输的抗振缓冲系统为研究目标，首先研究了隔振系统理论模型，用四端参数法分析了双层隔振系统的传输特性，然后研究了南极内陆科考队在雪橇运输中测得的振动数据，分析了考虑底支承力不均匀时主镜运输的许用动力学条件，提出了一种包含杠杆式缓冲结构和聚乙烯泡沫塑料结构的双层隔振系统，最后对这种隔振系统的性能进行了有限元分析与多体动力学研究。结果表明:所提出的抗振缓冲系统在南极实测得到的最极端冲击信号的作用下可以满足主镜模块最大加速度不大于5 g的要求，此时主镜模块的 Z 向运动范围约1.2 m，该缓冲系统具有实用价值，可以在南极2.5 m望远镜主镜的整体运输中使用。所提出的方法对其他脆弱结构的缓冲系统设计有参考价值。     

新型副镜并联调整机构非线性特性及校正

为满足望远镜副镜结构定位精度的要求,提出一种固定杆长杆端轴向平移运动模式的六杆并联机构。从微分几何的观点研究了该机构输入关节空间向量与输出工作空间向量之间的非线性运动学特性,并采用曲率概念度量解轨迹的非线性弯曲。通过与雅可比矩阵的对比分析可知,采用曲率度量并联机构的非线性和采用雅克比矩阵反映的瞬时线性性质一致,所设计的副镜并联调整机构在整个运动行程范围内的最大非线性误差约为3.15 μm。测试结果表明:采用多项式误差曲线拟合校正之后,该副镜调整机构三维平移重复定位精度小于2.6 μm,二维旋转重复定位精度小于1.8″,满足实际望远镜观测的需要,采用的曲率度量法也可以为其他并联机构的非线性分析和校正提供一种新的思路。     

丽江2.4 m望远镜耐焦卡焦切换系统的设计与分析

针对丽江2.4 m望远镜耐焦与卡焦不能自动切换的现状,设计了一套M3切换系统,实现焦点间快速切换,进一步提高望远镜的观测能力。首先对切换系统进行结构设计,介绍了系统的组成和实现方法,然后进行了精度分析及有限元分析,最后通过实验进行了标定和测试。有限元分析结果表明,在重力作用下反射镜的面形精度RMS<λ/60 （λ=632.8 nm）,切换系统的一阶模态达到了34.71 Hz,整个系统具有较好的刚度。实验测试表明,方位轴系和俯仰轴系的重复定位精度优于0.5″,平移机构的重复定位精度为1 μm。该切换系统的性能指标达到了设计要求,并已装调于该望远镜且投入观测使用,同时也为类似望远镜的设计提供了参考。     

极端环境下光学红外望远镜伺服系统模型预测

在极端环境下光学红外望远镜伺服系统建模的实际工作过程中,实测的望远镜状态数据经常包含有各种噪声。为了减小噪声对模型辨识精度的影响,提出了一种基于带有控制的非线性动力学稀疏辨识（Spark Identification of Nonlinear Dynamics with Control, SINDYc）算法的稀疏辨识方法。针对望远镜伺服系统,对SINDYc算法进行了理论分析和数值模拟,对比了在不同的噪声水平下,望远镜伺服系统预测模型的状态变量曲线,并拟合了不同噪声水平下辨识模型的决定系数曲线。基于南极望远镜实验平台,设计了正弦和方波信号作为激励信号进行模型辨识实验,对SINDYc算法的建模准确性进行了实验验证。数值模拟模型的预测输出结果显示:SINDYc算法在20%噪声水平以下时,模型辨识精度在0.99以上;在10%噪声水平以下时,状态变化跟随最大偏差值在信号幅值的5%以内。辨识实验数据表明,在两种不同信号激励下望远镜伺服系统模型预测的辨识精度分别为0.9857与0.9952,证实了基于SINDYc算法的稀疏辨识方法的有效性和准确性。该方法辨识出的系统模型可以为未来的南极大口径光学红外望远镜控制系统的分析及控制器设计提供很好的分析模型。