南极天文望远镜控制系统的自主实时性能评估方法的研究

In traditional, engineers always test the astronomical telescope routinely near the site during the daytime when the telescope stop working. But it doesn’t work any longer in Antarctic astronomical telescope for its unattended and uninterrupted observation. This project aims to evaluate the real-time performance of control system automatically and determine when to adjust and optimize the system and how to maintenance and repair the equipment. We need establish data collection system and calculate the main performance indicators of control system. We will set our focus on the construction of analysis tree, with which we can get the final evaluation results, using improved HAZOP analysis method. The system performance level is divided to four, which are NORMAL, OPTIMIZABLE, WARNING and ERROR, and the result will be reported to primary processing system. This project can provide the evidence of control system for an overall analysis on Antarctic telescope and improve the level of automation in the operation of telescope. It also contributes to theoretical and technical reserves for building larger aperture Antarctic telescope.

南极天文望远镜有全自动无人值守和长时间不间断观测的特殊需求，使得传统方法中，工程师进行现场检测和利用白天停机时间进行例行检测的手段不再适用。本项目研究如何能够在南极望远镜进行观测运行的同时，自主评估控制系统的运行性能，了解控制系统实时运行状态的优劣、各部件运行性能的好坏、何时对系统进行调整和优化，以及如何对设备进行维护和维修等。本项目从建立所需信息的数据采集系统入手，将控制系统的主要性能指标数值化，重点在于利用改进的HAZOP方法建立分析树，将数值化后的性能指标利用分析树得出最终的评价结果。将系统性能分为正常（Normal）、待优化（Optimizable）、警告（Warning）和故障（Error）四个等级，并将非正常等级的评估结果和各指标上报给上一级处理机构。本项目可以为南极望远镜总体的问题诊断提供分析依据，提高望远镜自动化水平，为我国建造更大口径的南极望远镜提供理论和技术储备。

南极Dome A 拥有良好的天文观测条件，但其全自动无人值守、通信带宽窄、长时间不间断观测的特殊需求，使得传统系统监测方法不再适用。在此前提下，本项目的研究内容是研究望远镜控制系统的自主实时性能评估方法，旨在解决如何能够在南极望远镜正常运行的同时，进行自主评估控制系统的运行性能；如何确定控制系统实时运行状态的优劣、各部件运行性能的好坏、调整和优化的必要；如何对设备进行维护和维修，做到防患于未然，及时地有针对地对性能变差的系统进行调整，为设备的维护和维修提出指导性的依据。本项目的研究，搭建了一个可扩展的实验硬软件平台。该平台能够实现数据采集、性能评估、故障分类、故障处理，并预留了扩展的接口，为将来进一步的研究提供了实验平台的支撑。实现了运动控制系统性能评估的指标和算法，从动态性能和静态性能两方面考量运动控制系统的运行特性，在数据采集系统及软件的基础上，实现了快速有效的系统评估算法。通过建立南极天文望远镜运动控制系统故障分析树和镜面除霜系统的故障分析树，研究了故障分析法应用于南极天文望远镜控制系统的方法。并分析了系统的薄弱环节，为改进系统提供了指导依据和理论支撑。本项目的研究成果已经应用于南极巡天望远镜AST3的实际运行中，为实现望远镜的自主式、智能化观测中，及时发现现场数据的异常变化，有效避免可能发生的重大故障，对异常情况进行快速故障推理、定位，减低运行风险，提高望远镜运行的安全性和可靠性，为观测任务的安排及望远镜的维护提供理论依据。