68845.大型球載望遠鏡高精度姿態(tài)控制及指向技術研究

1、摘要‘球載太陽望遠鏡總重達1500kg吊籃體積為3.5mX2.5mX5.5m(長X寬X高)，其在餡垂線方向上轉(zhuǎn)動慣量達1600kg.m。對這樣一個復雜而龐大的球載吊籃進行高精度姿態(tài)控制研究，以實現(xiàn)高分辨率的太陽觀測，具有極大的挑戰(zhàn)性和突破性的意義久_仁、本論文的第一部分，根據(jù)高空氣球飛行的特性，探討了BST的姿控設計。包括從BSTV蔥控制的系統(tǒng)設計到各個部件的具體設計從理論分析和原理方案設計到具體的上程技術實現(xiàn)設計，并且給出了理想的實測

2、調(diào)試結果。第二部分討論了BST望遠鏡的指向控制技術。(IM過幾年來對該課題系統(tǒng)的全面的研究，我們?nèi)〉靡韵轮饕Y果和結淪必I主要結果有:1.成功地研制和開發(fā)了角動量達51N.m.s的雙子型CMG，其非常適合于大型球載的姿態(tài)控制，為BST吊籃實現(xiàn)高精度姿控打下了基礎。2.開發(fā)了抗拉強度達16噸、吊繩控制扭矩接近0.033N.m(相對于軸承摩擦力矩0.72N.m)用于BST姿控的反捻器，為整個BST姿控的全面構成提供了前提條件。3.設計和建立

3、了BST姿態(tài)控制的整個系統(tǒng)，并從工程技術上實現(xiàn)了這樣一個系統(tǒng)。包括機械設計和電控設計，硬件設計和軟件設計，以及系統(tǒng)集成設計。結合反捻器控制技術，實時的進行CMG的卸荷控制，對BST吊籃實現(xiàn)了無間斷的連續(xù)控制。4.對BST吊籃取得了優(yōu)于1角分(R.M.S)的姿態(tài)控制精度。而接近或達到1角分的控制精度在世界大型球載姿控技術中未見有報道。5.建立了BST望遠鏡在吊籃中指向控制的數(shù)學模型。為BST望遠鏡克服吊籃在水平面內(nèi)擺動的影響提出了控制回路

4、的補償函數(shù)的設計方法。并給出了利用這些設計結果，應用于BST工程中，取得了接近加角秒的指向控制精度的初步4士田陽不。產(chǎn)f一人AbstractTheBalloonborneSolarTelescope(BST)hasatotalweightofabout1500kgandavolumeof3.5mx2.5mx5.5m(LxWxH).TheBSTinertiaintheplumblineisupto1600kg.MZ.Performingh

5、ighaccuracyattitudecontroloversuchacomplexandlargeballoonbornegondolatoachievehighresolutionsolarobservationisofgreatchallengeandsignificance.InthefirstpartofthisdissertationwediscussthedesignoftheBSTattitudecontrolinclu

6、dingtheoveralldesignforthesystemandspecificdesignofeachpartofthesystemalsoincludingtheoreticanalysisschemedesignandtechnologicalimplementation.AttheendofthispartweintroducethetestmethodofimplementationoftheBSTattitudecon

7、trolandpresentatestresult.InthesecondpartofthisthesiswediscusstheBSTpointingcontroltechnology.Afterseveralyearsofstudyingonthistaskthemainresultsandconclusionsareobtainedasfollows:1.Themotionfeaturesofaballoonbornescient

8、ificobservingsystematahighaltitudeareforeseeablebyphysicalanalyzingandactualexperimentobserving.FortheBSTinafreeflightstateatahighaltitudetherotationofthegondolaandballoonis0.01一0.1rpmtheswaycycleofthatisabout6and20secon

9、dsinarangeoflessthan10arcminutesandthecycleofverticalmotionisabout5minuteswithinarangeof100meter.2.ItisabetterchoicetoutilizeaCMGwithlargeangularmomentumasthetorqueactuator.CMGpossessesmanyadvantagessuchaslargeoutputtorq

10、uesmallsizelightweightandbettercontrolperformance.ItisverysuitableforaballoonbornesystemliketheBSTwhichhavelargeinertiaheavyweightandhighaccuracyrequirement.3.Asthedecouplingdeviceofropetwisttorqueandunloadingdeviceofthe

11、CMqadecouplingMechanism(DM)withhighsensitivityofropetorquedetectionandlargepullstrengthisanecessarycomponentandanimportantpartoftheBSTattitudecontrolsystem.4.Asthebreakthroughofthekeytechnologyfortherealizationofhighaccu

12、racyattitudecontroloftheBSTgondolaatwinCMGwith51N.M.SangularmomentumhasbeendevelopedandissuccessfullyqualifiedfortheBSTmissionrequirements.TheconsiderationoftheCMGparametersselectionisthebasisoftheCMGmechanicaldesign.The

13、testoftheCMGandDMworkingperformancesonlowtemperatureandlowpressureallowsthemappropriatefortheenvironmentofhighaltitude.5.“fheproperorganiccombinationoftheCMGcontrolloopandDMcontrolloopisthekeyoftheoverallformingoftheBSTg