大型球面射电望远镜仿真模型设计

    1　引言

    射电天文学家提出了下个世纪的射电望远镜目标是接收面积比现有设备提高1~2个量级的cm~mm波段大射电望远镜(LT)球面射电望远镜的成功实例是美国的Arecibo 305m口径天线。但是,Arecibo型天线有几个不足:①造价太高;②只适用于单频工作;③跟踪精度不高。为解决Arecibo型。

    球面射电望远镜存在的问题,研究人员提出了新的设计思想:在设计中尽可能地以软件代替硬件,以光、电等技术代替纯机械技术,以光、机、电的一体化设计代替传统的单一设计。在LT光机电一体化设计中对馈源位置的控制是通过不断地调整各悬索的长度来将馈源拉到预定的位置,在跟踪的星体确定后,馈源在整个跟踪过程的运动曲线就可以确定,由馈源在各跟踪点的位置坐标就可根据悬链线方程精确计算,得出悬索长度的变化。控制系统只要能够精确地控制悬索长度的变化,就可完成对馈源位置的调整[1]。

    2　仿真模型介绍

    在LT光机电一体化设计方案中,为了使系统获得满意的精度和工程效果,需要做以下四个方面的预研工作:第一,悬索与馈源结构系统的变结构及非线性静、动态力学特性分析,尤其是在随机风荷作用下的动力响应分析问题。同时还应从理论上解决悬索间的协调与同步问题;第二,不同姿态调整时的快速响应问题以及调整到位后系统的迅速稳定问题;第三,伺服与控制系统:在新方案中,馈源由六根大跨度的悬索悬吊起来,各悬索由一带减速装置的伺服电机驱动。同时,六套伺服系统又受中央控制计算机的控制。而馈源的位置误差信息来自实时跟踪馈源的激光检测系统。中央计算机获取误差信息后,便发出指令以驱动悬索的收、放,使馈源及时回到电磁性能所容许的误差范围内;第四,激光检测与跟踪系统:激光检测与跟踪系统由激光发射装置、置于馈源上的激光反射器以及与中央计算机联网的激光检测跟踪系统的另一计算机组成。

    制作LT仿真模型的目的就在于对LT光机电一体化设计中所用到的各种理论和技术进行验证,为LT的工程化作准备。制作仿真模型的目的是:

   (1)验证馈源在六根悬索同时作用下运动时的协调性,即能否在预定的时间将馈源拖动到预定的位置范围内并保证馈源的姿态。

   (2)用悬索来实现精确的位置控制,目前国内外尚无这方面的先例。因此,需要通过实验来验证柔索控制位置的效果和所能达到的精度。

   (3)目前已经对馈源和悬索构成的系统进行了非线性静、动态力学分析,对在风荷作用下馈源和悬索系统的响应也进行了分析。由于这些分析都是在一定的理论假设下做的(比如,悬索按照悬链线进行分析),这些假设是否与实际情况相符,理论分析的结果是否与实际情况一致,都需要通过实验进行确认。