大型射电望远镜促动器集群的高精度热误差补偿研究

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大口径射电望远镜是进行空间探测、航天测控的重要设备,拟建设的新疆奇台QTT-110m射电望远镜将成为世界最大的全向可动射电望远镜。大口径会使得望远镜更容易发生结构上的变形,因此大口径射电望远镜一般配备有主动主反射面系统,用以对拼装而成的主反射面进行实时调整,确保射电望远镜的精度。促动器作为高精度位移装置,是维持射电望远镜主动主反射面面型与精度的重要装置,需要常年保持高精度。即将用于新疆110m射电望远镜的促动器需要在-40℃~60°C的温度范围内满足±15μm的精度要求。本文以QTT促动器为研究对象,以-40℃~60°C的精密热补偿为研究目标,从单台QTT促动器的单点热误差、全行程热误差以及QTT促动器集群热误差等多方面展开实验以及研究。主要内容如下:首先,选取单台促动器,进行单行程位置、全温度范围的热误差补偿控制。对促动器模型进行有限元热仿真模拟,从而了解促动器在稳态以及瞬态的环境温度情况下促动器热误差范围,并以此指导促动器热误差补偿实验方案。需要结合模型基本要求与显著性检验,从促动器上的16个温度测量点中优选出一个最适合模型建立的点;然后采用灰色预测理论建立了促动器的热误差模型;最后根据实际情况对该模型进行了修正。实验表明,对于单行程位置,建立的热误差模型可以很好地指导促动器的位移主动控制补偿,经热误差修正的促动器在要求的-40℃~60°C温度范围内达到±4μm的定位精度。其次,进行了促动器全行程、全温度范围的热误差补偿控制。具体做法是:对促动器所有行程点位均进行热误差补偿模型验证与修正,并采用三次样条插值,从而得到促动器全行程、全温度范围的热误差补偿控制模型,依此修正的促动器达到±5μm的定位精度。最后,展开了新疆110m射电望远镜所有的促动器热误差补偿控制研究。首先建立了促动器集群的概念,并在实验热误差补偿模型的基础上,提出了由关键因素引导的全行程、全温度范围的热误差补偿模型。结合理论分析与实验结果,对促动器集群的热误差,进行了模型的建立。在模型的基础上,采用模糊控制进行了误差的微调。之后,采用了新的促动器进行了实验验证,实验结果证实新促动器在整体范围内达到了±10μm的定位精度。
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