超低速精密跟踪平台的设计与控制系统研究

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	超低速精密跟踪平台的设计与控制系统研究
	任长志
学位类型	博士
导师	张振超
	2009-06
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位专业	天体物理
关键词	大型天文望远镜直接驱动复杂机电系统非线性pid 滑模控制机电耦合超低速精密跟踪转台弧线电机力矩波动系统模型磁极位置 Cmac
摘要	现代大口径、超大口径天文望远镜综合体现了高级成像技术、自适应光学技术和主动光学技术，这就要求天文望远镜系统具有很高的角分辩率。望远镜跟踪系统在各种干扰如风扰、载荷波动以及望远镜本身的巨型尺寸、设计结构等导致有限刚度的条件下必须保证系统的跟踪精度高于天文望远镜所要求的角分辩率。这对望远镜的驱动系统提出了巨大的挑战。从目前的发展趋势来看，直接驱动技术是解决这一难题的最佳方式，尤其对于未来超大口径的天文望远镜。因此研究直接驱动的望远镜跟踪技术有非常重要的意义。天文望远镜跟踪系统是非常复杂的机电系统，传统的设计方法很难满足设计要求，本文采用复杂机电系统设计理论，利用动态设计过程中耦合与解耦的优化设计方法，对跟踪平台实际设计中机电耦合进行了详细深入分析；在此基础上，结合课题实际要求采用一种评价函数设计了超低速精密跟踪仿真平台，并对实际的大型望远镜的跟踪系统的直接驱动结构进行了设计并进行了相应的分析；在跟踪平台的设计中首次提出了一种模块化多功能复合弧线电机的设计思想；通过模块化单元电机的设计可以在同一个电机上实现电机的驱动、阻尼、测速多个功能，从而提高了系统的鲁棒性、控制性能和精度；设计的2.5米弧线电机采用9片8极单元设计结构构成了整个多功能复合电机。整个电机由12个单元电机组合，实现驱动、阻尼、测速功能；建立了基于直接驱动技术的精密跟踪平台的系统模型。讨论了跟踪平台中的非线性因素并对反映跟踪平台伺服控制系统抗干扰能力的伺服刚度进行了分析。望远镜直接驱动跟踪系统是一个多变量、非线性、强耦合的复杂机电控制对象，且望远镜在跟踪过程中还要受到诸如摩擦、力矩波动、风扰等非线性干扰，采用传统PID控制无法从根本上解决静态和动态性能之间、跟踪设定值与抑制扰动能力之间存在的矛盾。因此探讨现代先进控制方法在望远镜跟踪系统中的应用是非常必要的，本文以跟踪平台为实验对象对基于CMAC的非线性PID并行控制、滑模控制等现代控制方法在望远镜的跟踪系统中的应用进行了研究。
学科领域	精密机械及传动 ; 自动控制
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.niaot.ac.cn/handle/114a32/119
专题	学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	任长志. 超低速精密跟踪平台的设计与控制系统研究[D]. 中国科学院研究生院,2009.