中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

阿里原初引力波望远镜是我国地基引力波探测计划的重要组成部分，为了对引力波望远镜运行环境进行防护，本文提出了一种新型随动式圆顶，并围绕圆顶结构及电控系统设计进行研究，主要进行了结构设计、动力学仿真、风荷载响应分析和伺服控制系统设计等研究。本文的研究工作为阿里原初引力波望远镜的圆顶系统的设计提供了参考。本文的具体工作内容如下：
(1) 提出了圆顶结构的总体设计方案，并针对保护罩主体及桁架结构、方位轴模块、高度轴模块以及环境防护模块四部分进行设计。阿里原初引力波望远镜有独特的运行模式以及运行需求，本文对此提出了圆顶结构的总体设计方案，研究了保护罩主体模块的非封闭扇形罩壳结构、内部双层桁架的结构类型以及型材选择，提出了方位轴模块的驱动模块设计以及两种导向机构设计方案，提出了一种卷帘式的高度轴驱动方案并申请了国家发明专利（202411256662.5），该方案可以实现圆顶的高度轴大范围运动。
(2) 对圆顶的高度轴模型进行动力学仿真实验。本文研究了圆顶的高度轴在运行过程中的状态变化，为进一步的控制策略提供依据。本文对圆顶桁架结构进行了模态分析，研究了圆顶结构的主体桁架在采用不同截面型材下的振动特性，为圆顶桁架结构的型材选型提供了依据。
(3) 对圆顶进行风荷载响应仿真实验。本文调研了阿里原初引力波望远镜站点的地理信息和风速状况，建立了圆顶的外流场模型，针对圆顶的实际运行状态，研究了不同运行姿态下的圆顶在特定风速下的风速削减效果。本文针对圆顶在极端风速下的抗风性能进行了仿真实验，以站点历史最大风速为输入条件，分析了圆顶不同姿态下的风压，并对最大风压进行风荷载等效静力学仿真，验证了圆顶结构强度。
(4) 研究了圆顶控制系统方案。针对圆顶方位轴控制系统方案，利用望远镜机架的方位轴进行了替代实验，验证了方案可行性。其中，方位轴控制器采用三次样条插值算法处理参考信号并计算运动轨迹，满足了圆顶方位轴高速转动的需求。针对高度轴的独特运行方案，提出了基于目标位置的力矩补偿双电机控制策略，其中从动电机力矩大小依托位置反馈信号控制，主动电机采用PID控制，针对BP-PID控制，将模拟退火算法的全局搜索能力和粒子群算法的快速收敛能力相结合，提高了整体搜索性能，满足了高度轴大范围高精度转动的需求。

本文针对阿里原初引力波望远镜的特殊需求，提出了独特的圆顶结构方案，并针对桁架结构、风荷载响应和控制系统策略等关键性问题进行了研究，验证了方案的可行性。本文的研究成果为阿里原初引力波望远镜的圆顶设计提供了重要参考。