一种FAST望远镜舱索系统的阻尼测试方法技术方案

本发明专利技术公开一种FAST望远镜舱索系统的阻尼测试方法，其特征在于，该方法为：施加激励使得舱索系统产生自由衰减振动，通过测量代舱的振动加速度反算舱索系统的阻尼和固有振动频率。本发明专利技术能够在FAST望远镜工程现场测量并评估代舱+6索系统在真实环境下的振动响应水平，并根据振动响应测试舱索系统的阻尼比，为索驱动调试、舱索联调和望远镜联调的控制程序提供系统真实的阻尼比参数，保障FAST望远镜的控制精度。

A Damping Test Method for Cable System of FAST Telescope

The invention discloses a damping test method for cabin-cable system of FAST telescope, which is characterized in that excitation is applied to make cabin-cable system produce free attenuation vibration, and the damping and natural vibration frequency of cabin-cable system are inversely calculated by measuring the vibration acceleration of the substitution cabin. The invention can measure and evaluate the vibration response level of the cockpit+6 cable system in the real environment in the field of FAST telescope project, and according to the damping ratio of the cockpit cable system measured by the vibration response, provide the real damping ratio parameters of the system for the control program of cable drive debugging, cabin cable coordination and telescope coordination, and guarantee the control accuracy of the FAST telescope.

【技术实现步骤摘要】
一种FAST望远镜舱索系统的阻尼测试方法
：本专利技术涉及舱索阻尼系统测试
，尤其涉及一种FAST望远镜舱索系统的阻尼测试方法。
技术介绍
：500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter-Aperture-Spherical-radio-Telescope)项目简称FAST。该项目建于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇金科村的大窝凼，利用大窝凼天然喀斯特地建设500米口径、120度张角的球面射电望远镜。FAST由台址勘察与开挖、主动反射面、馈源支撑、测量与控制、接收机与终端、观测基地建设几大系统构成。馈源支撑系统为FAST三项自主创新之一，其组成包括：支撑塔、索驱动、馈源舱、舱停靠平台、动态监测、防雷。均匀分布在直径600米圆周上的6座百余米高塔支撑6根钢索拖动重约30吨的馈源舱，其在150米的高空、200米的范围内运动，同时舱内AB轴机构、stewart平台对接收机进行精调，要求馈源实时定位精度优于10毫米，以实现望远镜对天体的高精度指向跟踪观测。而阻尼是影响FAST馈源支撑系统控制精度的重要因素。馈源支撑系统对舱内下平台接收机的精确定位是通过三级调整机构的联调控制实现的，首先是索驱动系统对馈源舱位姿的初步调整(误差不大于48mm)，然后是舱内AB轴旋转机构进一步对下平台的姿态角进行补偿调整，最后由舱内Stewart精调平台实时补偿下平台的残余定位误差，保证其小于RMS10mm。AB轴机构的调整是准静态的，但Stewart平台的动态调整会对馈源舱产生额外的反作用力，由于舱+6索系统具有较大的柔性，该反作用力可能激励舱+6索系统发生共振，导致控制失稳。只有舱索系统具有一定量的阻尼，使此激励能量迅速衰减，才能够保证系统的控制稳定性，从而到达要求的控制精度。为了解舱索系统的阻尼大小，曾经测试过各种FAST缩比模型的舱索系统的阻尼比。根据试验得到的结果，各类模型舱索系统的阻尼比下限大致在0.22％左右。根据试验测得的阻尼比，2007年基于中德合作开展的FAST馈源支撑系统原型的全过程仿真(end-to-endsimulation)采用了最小值0.22％的阻尼比参数。仿真结果证明在此阻尼参数下，馈源舱内下平台的控制精度虽然满足设计要求，但已处于临界状态。由于影响系统阻尼的因素复杂多变，很难满足模型相似律的要求，根据模型试验得到的阻尼比参数难以适用于原型的阻尼比。而且，舱索阻尼系统又具有其独特性：应用于山区野外环境、跨度大、运行工况复杂、信号传输至控制室的路径大约为3公里，上述特点要求测试所用的仪器抗野外环境能力强，且要求所用的测试方法具有较强的抗干扰能力。目前，在理论上没有能够准确计算舱索阻尼系统阻尼的方法，对于舱索系统原型的阻尼比参数只能通过舱索系统原型的阻尼试验得到，对于阻尼的分析只能从实验的方法出发，从结构振动响应信号中来识别，获得的阻尼比参数不准确，无法保障FAST望远镜的控制精度。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种FAST望远镜舱索系统的阻尼测试方法，弥补了技术上在舱索阻尼系统的阻尼测试空白，本方法能够在FAST望远镜工程现场测量并评估代舱+6索系统在真实环境下的振动响应水平，并根据振动响应测试舱索系统真实的阻尼比。本专利技术提供一种FAST望远镜舱索系统的阻尼测试方法：施加激励使得舱索系统产生自由衰减振动，通过测量代舱的振动加速度反算舱索系统的阻尼和固有振动频率。上述使舱索系统产生自由衰减振动的方法为：(1)操作舱索系统的索驱动控制系统，使代舱离港，运行至预定位置并调整至指定姿态，然后锁定卷扬机使得代舱处于空中悬停状态；所述预定位置为以选定的代舱空间坐标为圆心，半径为0.8米-1.4米的圆弧上任一一点；(2)利用索驱动控制系统驱动代舱以100mm/s的速度运动到指定的代舱位置坐标，然后刹车并重新上闸抱紧，舱索系统在运动惯性的作用下将处于一个自由衰减的振动状态且产生较为明显振动加速度和振动位移。进一步的本专利技术的一种FAST望远镜舱索系统的阻尼测试方法，其具体包括以下步骤：步骤1，在FAST的焦面上选取需要测试的代舱空间位置和姿态；步骤2，确定风速仪和加速度传感器在代舱的安装位置、个数和方向；步骤3，在代舱上安装风速仪、加速度传感器及其相应的电源线和数据线，为步骤6采集瞬时风速风向、代舱的加速度振动响应频率做准备；步骤4，操作索驱动控制系统，使代舱离港并运行至步骤1选定的代舱空间坐标位置附近1米左右，并调整至指定姿态，然后锁定6台卷扬机使得代舱处于空中悬停状态；步骤5，利用索驱动控制系统，驱动代舱以100mm/s的速度运动到指定的代舱位置坐标后，刹车并重新上闸抱紧，使得舱索系统在运动惯性的作用下产生自由衰减振动、振动加速度和振动位移；步骤6，对代舱的加速度振动响应和瞬时风速风向进行采样测量，并将采集数据传输至控制室；步骤7，控制室内完成试验数据记录，操作索驱动控制系统使代舱入港；步骤8，根据测量得到的代舱振动响应数据反算舱索系统在该代舱位置点的阻尼和固有振动频率，从而运用ITD时域识别法获得舱索系统阻尼。进一步的，步骤6中采集到信号后，通过光电转换，将网口信号和串口信号转换为光纤信号，传输至控制室；步骤7中在控制室内，在通过光电转换器，将所有信号重新转换为网口信号或串口信号进行处理。进一步的，步骤8中对采集到的信号进行分析处理：通过对代舱风速的记录评估舱索系统在环境激励下代舱自身的振动幅度，并与阻尼试验中人为激励所产生的振动幅度作对比，确定加速度传感器采集到的振动信号；对加速度传感器采集到的振动信号进行FFT变换后作带通滤波处理，计算出舱索固有频率和阻尼比。有益效果：本专利技术能够在FAST望远镜工程现场测量并评估代舱+6索系统在真实环境下的振动响应水平，并根据振动响应测试舱索系统的阻尼比，为索驱动调试、舱索联调和望远镜联调的控制程序提供系统真实的阻尼比参数，保障FAST望远镜的控制精度。本专利技术通过构造一套在线的数据采集系统，可以不受外部条件限制全天候的完成指定点的数据采集；且采用光纤传输的方法，减少信号的衰减，实现信号的远距离传输；选购的仪器稳定性良好，能保障测试的延续性，适用于舱索阻尼系统。图说明图1为本专利技术的舱索系统阻尼测试中所选取的典型代舱位置点示意图；图2为本专利技术的代舱风速风向曲线示意图；图3为本专利技术的代舱在环境激励下的加速度曲线示意图；图4为本专利技术的WP1位置自由衰减振动状态下代舱的加速度曲线及频谱图；图5为本专利技术的FAST望远镜舱索系统的阻尼测试方法流程图。其中，图4A和a为从X方向刹停，代舱速度从100mm/s降至0低通滤波后的曲线及识别的固有频率和阻尼比；图4B和b为从Z方向刹停，代舱速度从100mm/s降至0低通滤波后的曲线及识别的固有频率和阻尼比。具体实施方式本专利技术涉及的技术术语解释如下：FAST：Five-hundred-meterApertureSphericalTelescope，500米口径球面射电望远镜。代舱：区别于馈源舱。FAST馈源舱未竣工时设计的一个从外形、质量、重心都与正式舱类似的临时舱，用来验证索驱动算法的稳定性。舱索系统：FAS望远镜的馈源舱和索驱动机构两部分，两者通过锚固头连接，负责完成馈源舱在空中的姿态调整和运动跟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种FAST望远镜舱索系统的阻尼测试方法，其特征在于，该方法为：施加激励使得舱索系统产生自由衰减振动，通过测量代舱的振动加速度反算舱索系统的阻尼和固有振动频率。

【技术特征摘要】
1.一种FAST望远镜舱索系统的阻尼测试方法，其特征在于，该方法为：施加激励使得舱索系统产生自由衰减振动，通过测量代舱的振动加速度反算舱索系统的阻尼和固有振动频率。2.如权利要求1所述的一种FAST望远镜舱索系统的阻尼测试方法，其特征在于，使舱索系统产生自由衰减振动的方法为：(1)操作舱索系统的索驱动控制系统，使代舱离港，运行至预定位置并调整至指定姿态，然后锁定卷扬机使得代舱处于空中悬停状态；所述预定位置为以选定的代舱空间坐标为圆心，半径为0.8米-1.4米的圆弧上任一一点；(2)利用索驱动控制系统驱动代舱以100mm/s的速度运动到指定的代舱位置坐标，然后刹车并重新上闸抱紧，舱索系统在运动惯性的作用下将处于一个自由衰减的振动状态且产生较为明显振动加速度和振动位移。3.如权利要求1所述的一种FAST望远镜舱索系统的阻尼测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，在FAST的焦面上选取需要测试的代舱空间位置和姿态；步骤2，确定风速仪和加速度传感器在代舱的安装位置、个数和方向；步骤3，在代舱上安装风速仪、加速度传感器及其相应的电源线和数据线，为步骤6采集瞬时风速风向、代舱的加速度振动响应频率做准备；步骤4，操作索驱动控制系统，使代舱离港并运行至步骤1选定的代舱空间坐标位置附近1米左右，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤为，孙才红，朱文白，李辉，潘高峰，杨清阁，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台，
类型：发明
国别省市：北京,11