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“天眼”调试,让眼珠动起来!

2018-06-16 10:44:54   作者:国家天文台   来源:国家天文台   分享:扫描到手机

“天眼”调试,让眼珠动起来!,“天眼”调试,让“眼珠”动起来!   一般来说,巨型望远镜调试都会涉及天文、测量、控制、电子学、机械、结构等众多学科领域,是一项强交叉学科

   一、“天眼”调试,让“眼珠”动起来! 

  一般来说,巨型望远镜调试都会涉及天文、测量、控制、电子学、机械、结构等众多学科领域,是一项强交叉学科的应用性研究,所以国际上传统大射电望远镜的调试周期很少低于四年。而FAST开创了建造巨型射电望远镜的新模式,它的调试工作也更具挑战性。 
 
  FAST巨大的接收面积注定了它有其它望远镜无法比拟的优势,即超高的灵敏度。但任何事情都是两方面的,你不可能占尽所有的好处,所以FAST在取得灵敏度优势的同时也付出了代价。 
 
  相对其它望远镜来说,它的系统构成更加复杂(见图1)。一般望远镜只有俯仰轴和自转轴两套驱动控制系统。相比之下,FAST仅反射面控制就需要2200多台促动器协同动作,并且索网把2200多台促动器联在了一起,形成了一个复杂的耦合控制系统,可以说“牵一发动全身”。
 
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   图1:FAST与传统望远镜的对比,明显看出FAST系统构成要复杂得多,也更容易受设备故障的影响。同时,还有30吨馈源舱漂在高空,安全风险极大。所以调试初期,我们更多关注的是安全方面的问题,一方面制定严格的安全措施确保安全操作,另一方面发展新的技术方法提高望远镜正常工作对设备故障的容忍度。
 
  我们不太可能每坏一台促动器就马上去维修它,不然促动器维修工作就会占用大量的有效观测时长。这时候,如何评估索网的安全就非常重要了。 
 
  如果布置大量的传感器,传感的失效率、精度漂移等问题,可能会导致漏报或虚报故障的问题,这会令我们的工程师很头疼。 为了提高整个系统对设备故障的容忍度,调试团队研发了一套非常有趣的主动安全评估系统,这个系统可以实时读取促动器的位置信息,并将其输入到力学模型中,实时地进行力学仿真计算。也就是说,索网怎么动作,计算机的索网模型就怎么动作,从而可以计算出所有索力并进行安全评估。 
 
  必须得强调,这是实时力学仿真技术在安全评估领域的首次成功应用。力学仿真相比于传感器就可靠多了,它是数学工具,就像1+1永远会等于2,非常的简单可靠,非常适用于我们这个复杂的控制系统。 
 
  馈源支撑系统也同样不简单(见图2)。它控制主要分两级。 
 
  第一级是通过六根几百米的绳子对30吨的馈源舱实现的概略控制,要在140米高空、200多米的尺度范围内,把馈源舱定位精度控制在48毫米以内。 
 
  第二级是通过舱内的AB轴(万向轴)和Stewart平台实现接收机二级精确定位,对安装在馈源舱内的接收机相位中心进行二次精调,最终需要实现的控制精度要达到10mm以内。同时,如果馈源舱在风、雨等动力载荷下产生晃动,二次精调平台,还可以起到消振的作用。怎么样,想想都觉得不可思议吧。 
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   图2:馈源支撑控制系统原理图,可见馈源支撑系统的控制分两级,第一级是通过六根钢索实现馈源舱48mm的定位精度,第二级是通过舱内的精调平台实现10mm的定位精度,而且这个精度是在140米的高空,200多米的范围内实现,看着就很难吧?
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