基于主动控制的望远镜减振系统建模和应用研究

The telescope is easily to vibrate because of wind, interference from inside and outside,weak stiffness of itself. The vibration of telescope seriously influence the track accuracy of telescope. The performance of track of large optic telescope directly impact the finally quality of image. Furthermore, the external environment usually lead to the parametric variation.Parametric variation and limited power supply challenge the design of telescope. This project firstly analyze the influence of vibration of telescope and paramtric variation to telescope's track accuracy.To consiser of the actual condition of telescope, A multiple degrees of freedom direct motor electromagnetic damping active control method is proposed to mitigate the vibration. Futhermore, the active control algorithm is used to optimal control system. The math modeling of vibration and force-electrical modeling are established through identification. Meanwhile, the robust stability is researched because of time delay of whole system and uncertain of modeling. The method is improved through simulation and test repeatedly. The image of large telescope will be improved dramatically if this project is successful. Meanwhile, this project positive influence the performance of position,tracking of telescope.

望远镜受到风载、内外部干扰和自身刚性不足影响而导致的振动对望远镜跟踪精度有非常大的影响，最终影响到望远镜的成像质量。同时由于外界环境变化而导致系统参数的变化和有限的能源供给对望远镜的设计也是严重的约束条件。本项目首先分析望远镜振动和环境参数变化对望远镜跟踪精度和成像质量的影响。根据望远镜的实际情况，提出多自由度的直线电机电磁阻尼主动控制的减振方案，并通过主动智能控制算法实现最优控制，主动补偿振动。在理论分析的指导下，采用模型识别的方法建立减振系统的数学模型和作动器的力-电模型，同时还研究控制系统由于系统时滞和模型参数不确定性而引起的鲁棒稳定性，最后通过仿真和试验的方法反复验证来完善设计方法。该项目的成功实施，将显著提高大型望远镜的成像质量，对望远镜跟踪定位控制性能的改善产生积极影响。

风载、内外部干扰和自身刚度不足导致振动对望远镜稳定性有很大影响，最终影响望远镜的成像质量。本项目以望远镜为背景，以提高望远镜稳定性和分辨率为目标,研究基于直线电机的主动振动抑制方法。研究内容包括：深入掌握结构动态特性的测试方法和数学模型建立，在搭建的振动试验平台基础上，通过理论分析和实验方法对平台进行了模态参数辨识，重点分析了结构的薄弱模态并提出了解决方案。针对无参数化模态分析引起模态参数不准确的问题，提出最小二乘复指数法（ LSCE）和STD法对多层平台进行实验模态分析，提高了模态参数识别结果的准确性。提出了使用直线电机进行振动抑制的方案，考虑信号传输带宽和系统滞后的影响，研究了不同控制方式对系统实时性的影响。在平台上进行了主动减振实验，加入减振系统后，不但显著减少了振动的幅值，而且提高了系统的刚度。提出了LQR最优控制算法提高主动振动抑制的效果，仿真结果表明其有效性。针对外界环境对电机摩擦扭矩和可靠性的影响，深入研究了低温环境对摩擦转矩的影响因素并提出了相应的解决方案。研究结果为在望远镜上开展主动减振提高稳定性奠定了一定的理论和技术基础。