中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

为了提高观测质量，原初引力波望远镜通常选择安装在高原、南极等大气稀薄，视宁度好的台址。这类台址普遍处于低温环境，并且随着观测要求的提高，天文望远镜口径越来越大，使望远镜的整体重量也大幅增加。在极端低温与望远镜自身重量的双重作用下，滚动轴承，液体静压轴承等常用的望远镜方位轴支撑轴承，极易出现诸如爬行、润滑失效、液压系统故障等问题，进而影响望远镜探测精度。针对上述问题，本文提出了基于原初引力波望远镜的方位轴电磁悬浮卸荷方案。
首先，依据麦克斯韦方程建立了电磁铁的电磁力理论计算模型，并利用Maxwell3D对模型进行仿真验证。仿真数据与理论数据的最大误差为3.02%，表明所建立的电磁力模型准确，可以为后续工作提供理论基础。依据仿真数据，对卸荷前后方位轴电机的输出功率进行理论计算，使用电磁悬浮卸荷对总重量为400kg的实验平台卸荷85%的情况下，方位轴电机输出功率降低了7.1%，验证了该方案在降低功率、节约能源方面的作用。
其次，对所需组件进行设计。设计并改进了电磁力测试机构，测试得出了所使用电磁铁的磁力特性曲线，并进行误差分析。实测电磁力平均值与计算值的最大偏差为7.9%，与仿真值的最大偏差为5%，偏差在允许范围内，进一步验证了电磁力理论计算模型的准确性，可以将该模型用于控制系统的设计。设计了电磁铁安装机构，并对该机构进行形变分析。设计了电磁铁的多单元控制电路，并在Simulink中对其控制效果进行仿真，结果表明控制电路对电磁力的控制效果良好。对电磁悬浮卸荷实验平台基座及其驱动系统各组件进行选型与设计，完成了电磁悬浮卸荷实验平台总装。
最后，分析了实验平台在动态情况下的磁场分布以及电磁力波动情况，开展了电磁悬浮稳定性测试。测试结果表明，电磁悬浮卸荷能够降低电机输出力矩，提高望远镜方位轴指向精度，并且对负载变化表现了较好的抗干扰作用。
本论文提出了一种新的望远镜方位轴支撑方案，搭建了望远镜方位轴电磁悬浮卸荷实验平台，并进行了相关测试研究，对下一代望远镜机架结构设计具有参考价值。