一种改进型并联六杆机构控制策略与检测方法研究

The issue proposed research on a new-style improved hexapod,replaceing traditional hexapod using for telescope secondary mirror position dynamic compensation,to adapt different secondary mirror working condition. The differece between the new-style hexapod and the traditonal is the movement patterns of the bars. The traditonal hexapod using change the length of the bars to realize the six dimensional motion of the stewart platform. While the new-style hexapod is that the sticks' length is fixed, but the slider is mobile. According to the technical indicator and control requirement of the secondary mirror real-time dynamic compensation, improve the original structure and adopt different control strategy and detection method.The thesis primary research on the operation mode,control strategy and detection method of the new-style hexapods.By comparing the different control strategy and detection method, find the good control strategy and detection method to the new-style hexapods.For the future of our country's construction of large diameter telescope to provide reliable technical support.

本课题旨研究一种新型改进式六杆并联机构，以适应天文望远镜中不同副镜工作状态的需要，替代传动结构六杆并联机构作为天文望远镜副镜位置动态补偿机构。这种新型结构的六杆并联机构与传统六杆机构的区别在于杆件运动模式的不同，传统六杆并联机构采用改变杆长的方式实现动平台的六维空间运动，而这种新型结构是一种杆定长滑块移动式六杆并联机构。针对望远镜副镜实时动态补偿的技术指标和控制要求，对原有结构进行改进，拟采用不同的控制策略和姿态检测手段来实现六自由度副镜动态补偿控制。本课题主要研究其运行方式，控制策略和姿态检测方法。通过比较不同的控制策略和姿态检测方法，找到适合这种新型改进式六杆并联机构的控制方法和检测手段，为今后我国建造大口径望远镜提供可靠的技术支持。

在大口径光学红外望远镜中，主副镜之间的相对位置对望远镜的成像质量有着至关重要的影响。随着望远镜口径的不断增大，单纯提高结构刚度已难以满足镜面位置定位精度的要求，需要对镜筒在不同空间位置时，由于结构重力变形、热变形以及振动而引起的主副镜之间相对位姿变化做出实时动态补偿调整。综合考虑结构尺寸、质量、功耗等因素，校正主副镜之间的相对位置偏差一般都采用调整副镜的方式来实现。针对传统Stewart平台六杆机构的缺点，提出一种改进型固定杆长杆端轴向平移运动模式的六杆机构，分别从运动学、控制技术、误差分析与补偿及检测方法四个方面展开研究，并研制了一套结构样机。. 针对副镜姿态调整的特殊要求，提出该六杆机构的技术指标，采用矩阵法建立系统坐标模型，对运动学位置逆解和位置正解进行分析；基于关节空间的控制策略设计了PID控制器和模型补偿自抗扰控制器，采用“IPC+运动控制器+伺服驱动器”的分散控制模式，对系统进行硬件和软件设计；采用矩阵微分法建立误差模型，对影响末端位姿的各项误差进行分析，得出导轨直线度引起的滑块运动误差是影响系统精度的主要因素，同时采用基于工作空间补偿和关节空间补偿相结合的控制算法，提高系统的定位精度；通过研究多种多自由度误差检测方法，提出一种基于光纤准直技术的多自由度误差同时测量法，并搭建多自由度误差检测平台，完成检测装置精度测试、零位精度测试、相对精度测试、重复定位精度测试和耦合误差测试。测试结果表明，该六杆机构在整个运动行程范围内平移轴测试精度优于0.25µm，旋转轴测试精度优于0.2"，三维平移轴最大重复定位精度优于4.5µm，两维旋转轴最大重复定位精度优于1.4"。. 分析和实验结果表明，所设计结构样机的各项性能参数都优于系统的设计指标，可以用于实际的望远镜副镜姿态实时调整，其研究成果对于我国开展大口径天文望远镜的研究具有重要意义和实用价值。