空间光学望远镜在轨振动预测与非接触主动隔振技术研究

The vibration from the space equipment platform is a significant challenge for the development of the large space telescope. For ensuring the image quality,the simulation for the influence caused by the vibration should be carried out.The space telescope is very complex and the multidisciplinary knowledges would be involved. A novel integated simulation methode is presented in this report, which realizes integration in the mechnical model.This method has the advantages of high efficiency and high accurary. When the performance of the space camera is impacted significantly by the jitter from the platform, the vibration control technology needs to be applied. In this reportm a non-contact active vibration isolation technique is presented.The technique is designed combined with the optical characteristics of the space telescope, and it can be seen as the non-linear vibration isolator whose stiffness is infinite in the low frequency band and is zero in the high frequency band.The technology has the advantages of benefical effect,low demand for hardware and so on, therefore it is very fit to be applied in fact.

空间平台振动是大型空间光学望远镜研制工作中所面临的重大技术挑战，为保证望远镜性能，需要对振动造成的影响进行预测。由于望远镜的技术复杂度高，涉及学科范围广，因此开展振动预测需要进行光学、结构、控制集成仿真分析。本项目提出了一种新型振动集成分析方案，该方案在结构模型中实现集成，具有求解效率高、传递数据量小以及高频精度高等优点。 当振动对望远镜性能影响较大时，要采取振动控制技术。本研究提出了一种适用于空间望远镜的非接触式主动隔振技术，该技术结合空间望远镜的光学特性设计，其作用机理相当于低频刚度无限大、高频刚度接近零的理想非线性隔振器。该技术具有减振效果好、对硬件要求低等优点，应用前景较好。

大型空间望远镜工作在外太空，其拍摄活动可免受大气扰动的影响，因此能够拍摄到比地基望远镜清晰许多倍的宇宙图像。但是，空间平台的振动会影响望远镜的成像质量，特别是在望远镜焦距大、分辨率要求高的情况下，即使微小的振动也会导致后端焦平面的像点移动超过允许范围，造成图像模糊，成像质量下降。本项目针对此问题，开展了大型空间望远镜振动在轨预测和无接触式主动隔振技术研究。.振动在轨预测研究方面，本项目完成了一种基于有限元技术的光、机、电微振动集成仿真方法，该方法的优点是效率高、仿真过程中传递的接口数据量小。为验证该方法的有效性，本项目采用典型的反射式光机结构进行了光、机、电集成仿真分析。结果表明：本项目所发展的微振动集成仿真方法效果较好，具有很强的应用价值。.在空间望远镜主动振动抑制技术研究方面，本项目发展了一种面向无接触主动隔振器的模糊PID控制方法，并搭建了基于音圈电机的单自由度实验系统。在该系统上开展了实验研究，结果表明：采用该控制方法，能够实现低频共振小、高频衰减好的效果，达到了项目的研究目标；为了进一步深入，本项目开展了主动隔振技术在复杂系统中的应用研究，采用凯恩法建立了六维并联隔振平台的动力学模型，基于该模型探讨了绝对速度反馈、鲁棒性PI控制等多种主动控制方法；在上述研究的基础上，开展了六维并联隔振平台的实验研究，完成了六维并联隔振平台的样机和控制系统，开展了多频多维线谱控制实验，结果表明：平台的实际响应和目标最大仅相差7%，本项目的建模以及控制方法有效。.至目前为止，本项目已取得了多项研究成果，共发表论文15篇，基金号均为第一标注。其中SCI收录论文5篇，EI收录论文7篇。本项目振动预测部分的微振动集成仿真研究成果，已在载人航天重大专项—XX光学设施项目中得到了应用，有利支撑了工程项目的论证和方案设计。