主鏡液壓支撐系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、反射式望遠(yuǎn)鏡是一種技術(shù)密集型的國防建設(shè)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈發(fā)射及飛行狀態(tài)檢測、空間探測、天體探測等領(lǐng)域。反射式望遠(yuǎn)鏡的探測能力與主鏡的口徑成正相關(guān)關(guān)系，隨著探測技術(shù)的發(fā)展，大口徑望遠(yuǎn)鏡是未來望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的主要發(fā)展方向，主鏡支撐系統(tǒng)作為反射式望遠(yuǎn)鏡的重要組成部分，是保證望遠(yuǎn)鏡成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素，也是研制大口徑反射式望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵技術(shù)之一。主鏡支撐系統(tǒng)的主要功能有兩個(gè):第一，在保證鏡面變形量不超過允許值的前提下，承受主鏡的重量;第二，保證主鏡與

2、鏡室的偏差始終處于合理的范圍內(nèi)。
　　論文在綜合分析國內(nèi)外大口徑望遠(yuǎn)鏡的研制情況及主鏡支撐技術(shù)研究現(xiàn)狀與進(jìn)展的基礎(chǔ)上，指出了現(xiàn)有主鏡支撐系統(tǒng)在支撐剛度及主鏡姿態(tài)保持方面存在的問題，提出了基于微位移控制的主鏡液壓支撐系統(tǒng)。該液壓支撐系統(tǒng)將主鏡支撐系統(tǒng)分為三個(gè)軸向支撐分區(qū)，分區(qū)采用“伺服電機(jī)+位移放大缸+支撐液壓缸”的位置控制方案，分區(qū)內(nèi)多個(gè)支撐液壓缸協(xié)同工作，通過位置控制器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了主鏡支撐分區(qū)的百毫秒以內(nèi)的微米級別精確定位，保

3、障了主鏡姿態(tài)保持能力;液壓支撐系統(tǒng)的支撐剛度受多方面因素的影響，論文主要揭示了支撐液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸、支撐系統(tǒng)管道布置、油液性能等對支撐剛度的影響規(guī)律，提出通過真空處理及相應(yīng)的注油方式提高主鏡液壓支撐系統(tǒng)剛度的方法;主鏡分區(qū)間存在耦合作用，是影響位姿控制精度的重要因素，論文提出弱化耦合作用，優(yōu)化控制參數(shù)的方法，進(jìn)一步提高了主鏡液壓支撐系統(tǒng)的姿態(tài)保持能力和位姿控制精度。
　　本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　第一章，闡述了課題背景和研

4、究意義，在大量國內(nèi)外現(xiàn)有望遠(yuǎn)鏡支撐技術(shù)相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，概括總結(jié)了主鏡液壓支撐技術(shù)存在的幾個(gè)問題:與傳統(tǒng)的機(jī)械支撐方式相比，液壓支撐方式的剛度受到多方面因素的影響;液壓支撐系統(tǒng)需要高精度快速定位;主鏡液壓支撐系統(tǒng)多個(gè)分區(qū)間存在耦合影響。針對這幾個(gè)問題，提出了本課題的主要研究內(nèi)容。
　　第二章，根據(jù)望遠(yuǎn)鏡觀測精度要求，確定了主鏡支撐系統(tǒng)的控制精度要求。建立了主鏡液壓支撐系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析模型，分析了不同驅(qū)動(dòng)方式的微位移控制系統(tǒng)的

5、優(yōu)缺點(diǎn)，確定了驅(qū)動(dòng)方案并設(shè)計(jì)了微位移控制系統(tǒng)及相應(yīng)的試驗(yàn)臺。
　　第三章，針對主鏡對液壓支撐系統(tǒng)的高剛度要求，分析了剛度影響因素，包括支撐液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸，管道布置情況和油液彈性模量的影響;設(shè)計(jì)油液預(yù)處理及注油裝置，有效提高系統(tǒng)油液性能;分析了不同注油方式對支撐液壓缸的剛度影響，設(shè)計(jì)符合高剛度液壓系統(tǒng)要求的新型注油方式;采用新型注油方式對主鏡支撐系統(tǒng)進(jìn)行注油操作并進(jìn)行主鏡姿態(tài)測試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了主鏡支撐液壓系統(tǒng)高剛度設(shè)計(jì)的有效性。

6、>　　第四章，針對主鏡液壓支撐系統(tǒng)的位置控制需求，建立了微位移控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了驗(yàn)證。分析了微位移控制系統(tǒng)的控制框架，采用現(xiàn)有的常規(guī)控制器進(jìn)行位置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了微位移控制系統(tǒng)高精度快速定位實(shí)驗(yàn)。針對液壓系統(tǒng)存在的性能多變性，提出了基于定量反饋理論的魯棒控制策略，并進(jìn)行了相應(yīng)的位置控制實(shí)驗(yàn)。
　　第五章，闡述了主鏡姿態(tài)全閉環(huán)控制的基本原理，分析了主鏡姿態(tài)控制中各分區(qū)耦合影響產(chǎn)生的原因，提出了基于進(jìn)化差分坐標(biāo)尋優(yōu)的解耦