一种提高射电望远镜接收机一次定位精度的方法技术

本发明专利技术提供了一种提高射电望远镜接收机一次定位精度的方法，其包括以下步骤：S1：利用测量仪器对接收机的位姿进行测量，得到测量值xM；S2：利用纠偏控制模型中的纠偏流程得到关节纠偏控制量Δθ；S3：关节纠偏控制量Δθ与经逆运动学变换得到的关节空间期望值θ相加之后得到控制器的输入量θC，通过控制器后作用于馈源支撑系统；S4：重复步骤S1至S3，在接收机姿态误差允许的范围内，补偿接收机的一次定位的位置误差。本发明专利技术可以较大程度地补偿接收机的一次定位的位置误差，从而减小Stewart平台精调机构对于位置误差的补偿负担，甚至在原有一次定位误差较小的情况下使得无须控制Stewart平台就可达到相关的精度要求。

A method for improving the primary positioning accuracy of radio telescope receivers

The present invention provides a method to improve the positioning accuracy of a radio telescope receiver, which comprises the following steps: S1: measurement instrument based on the receiver position is measured, the measured value of xM; S2: the deviation control deviation in the process model by joint correction control quantity delta theta; S3: joint deviation control the amount of delta theta with joint space by inverse kinematics transform of the expected value after theta sum input theta C controller, the controller acts on the feed support system; S4: repeat steps S1 to S3, the attitude error allows the receiver range and position error of a receiver's positioning and compensating. The position error of the invention can be a greater degree of compensation positioning receiver, thereby reducing the fine tuning Stewart platform mechanism for compensation burden of position error in the original, even a positioning error is smaller in the case of no control makes the Stewart platform can meet the relevant requirements of precision.

【技术实现步骤摘要】
一种提高射电望远镜接收机一次定位精度的方法
本专利技术属于大口径射电望远镜的定位
，具体涉及一种提高射电望远镜接收机一次定位精度的方法。
技术介绍
大口径射电望远镜为了实现在大尺度的空间上工作，常常使用粗调和精调相结合的馈源支撑控制系统保证其接收机能够达到规划的位置和姿态(可参考：李辉,朱文白,潘高峰.FAST望远镜馈源支撑中的力学问题及其研究进展[J].力学进展,2011,41(2):133-154)。我国自主建造的500m口径射电望远镜FAST就是采取了一级索支撑机构粗调结合二级Stewart平台精调的方案。由于一级索支撑机构能到达的姿态空间有限，因此在两级机构之间加入AB转轴，该机构能够沿着平面上相互垂直的两根轴线旋转，用以补偿一级索支撑机构较大的姿态角误差。根据设计，经过AB转轴调节之后，接收机当前位姿与目标位姿存在的较小误差将由Stewart平台补偿，使得最终达到相关精度的设计指标。目前关于提高FAST射电望远镜接收机的位姿精度的研究，主要是以一级索支撑机构和AB转轴实现位姿的一次定位，再通过Stewart平台的精调将接收机的位姿误差控制在允许范围内(可参考：李辉,孙京海,朱文白,等.500m口径球面射电望远镜柔性馈源支撑系统仿真[J].计算机辅助工程,2011,20(1):106-112)。这种控制方案在设计上能够较好满足要求，但是在实际运行中可能存在以下问题：1、在风引起搭载了AB转轴和stewart平台的馈源舱振动时，一次定位的误差可能偏离设计指标较大，而Stewart平台的工作空间是受限的，因此难以保证在该情形下Stewart平台能将误差控制在允许范围内；2、Stewart平台的快速补偿作用可能产生较大的反作用力，控制不当则容易引起馈源舱产生共振。因此，现有的控制方案存在优化的空间。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种提高射电望远镜接收机一次定位精度的方法，对于现有的控制方案进行优化和补充，能够在一定程度上解决现有方案存在的问题。在本专利技术中，提出了一种新的控制结构：纠偏控制模型，利用纠偏控制模型，通过纠偏控制器的不断作用，最终在接收机姿态误差允许的范围内，以损失一定姿态精度的代价，较大程度地补偿接收机的一次定位的位置误差，从而减小Stewart平台精调机构对于位置误差的补偿负担，甚至在原有一次定位误差较小的情况下使得无须控制Stewart平台就可达到相关的精度要求。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种提高射电望远镜接收机一次定位精度的方法，其包括以下步骤：S1：利用测量仪器对接收机的位姿进行测量，得到测量值xM；S2：利用纠偏控制模型中的纠偏流程得到关节纠偏控制量Δθ；S3：关节纠偏控制量Δθ与经逆运动学变换得到的关节空间期望值θ相加之后得到控制器的输入量θC，通过控制器后作用于馈源支撑系统；S4：重复步骤S1至S3，在接收机姿态误差允许的范围内，补偿接收机的一次定位的位置误差。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术提高射电望远镜接收机一次定位精度的方法至少具有以下有益效果其中之一：(1)本专利技术可以减小Stewart平台快速精调可能产生的反作用力引起的振动等不良影响，节省了Stewart精调过程的能量和延长Stewart平台的使用寿命；(2)本专利技术大大减小了Stewart平台精调机构对于位置误差的补偿负担，甚至使得无须控制Stewart平台就可达到相关的精度要求。附图说明图1为本专利技术实施例的馈源支撑系统整体控制框图。图2为本专利技术实施例的馈源支撑系统两级调节机构示意图。图3为本专利技术实施例的伪逆雅克比矩阵的求解流程示意图。【主要元件】S1：驱动索；S2：馈源舱；S3：星型框架；S4：A轴；S5：B轴；S6：Stewart上平台；S7：Stewart刚性腿；S8：Stewart下平台；S9：接收机；P1～P5：步骤。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。在本专利技术的示例性实施例中，提供了一种提高射电望远镜接收机一次定位精度的方法，其包括以下步骤：S1：利用测量仪器(可以为全站仪或GPS)对接收机的位姿(包括位置和姿态)进行测量，得到测量值xM；S2：利用纠偏控制模型的纠偏流程得到关节纠偏控制量Δθ；S3：关节纠偏控制量Δθ与经逆运动学变换得到的关节空间期望值θ相加之后得到控制器的输入量θC，通过控制器后作用于馈源支撑系统；S4：重复步骤S1至S3，在接收机姿态误差允许的范围内，补偿接收机的一次定位的位置误差。步骤S2包括以下具体步骤：将初始输入的接收机期望位姿(参考位姿)引到馈源支撑系统，与测量值xM作差得到接收机的位姿误差xE；通过位置掩码去掉xE的三个姿态分量只留下位置误差xEp；经过伪逆雅克比矩阵变换成关节偏差量(即AB轴转角的偏差)Δθ′；通过纠偏控制器的作用得到关节纠偏控制量Δθ。在进行步骤S1之前，还包括以下步骤：给定射电望远镜接收机的初始期望位姿xC，经过逆运动学分解为关节空间各个分量的期望值，经过控制器后转化为控制量送给馈源支撑系统；馈源支撑系统的驱动机构在控制量信号的作用下驱动执行机构执行相应的动作，使得对应的控制点到达相应的位姿。作为一种具体实施方式，以我国建造的500m口径射电望远镜FAST为例，对本专利技术的方法做进一步的详细说明。图1为本专利技术实施例的馈源支撑系统整体控制框图、图2为本专利技术实施例的馈源支撑系统两级调节机构示意图。如图2所示，FAST具有两级调节机构，其中粗调结构为6索支撑机构S1悬吊着馈源舱S2，以及馈源舱内的AB转轴机构(包括A轴S4和B轴S5)；精调结构包括与AB转轴相连的Stewart并联机器人(包括上平台S6、6根刚性腿S7以及下平台S8)，馈源接收机S9安装在Stewart下平台S8上。首先描述普通的反馈控制结构，如图1所示，虚线框内代表的是普通的反馈控制结构，具体过程为：馈源支撑整体控制系统下发望远镜接收机的期望位置和姿态角向量xC，该向量有6维，包括沿X、Y、Z三个方向上的位移量以及以XYZ欧拉角形式呈现的三个姿态角。由于6索支撑机构S1(也可以称为驱动索S1)能够到达的姿态有限，因此需要将一部分姿态角交由AB转轴(包括A轴S4、B轴S5)进行补偿，这就是姿态分配；此外还要通过逆运动学求解出关节空间的各个变量的值θ，即把期望的接收机位置和姿态分解为相应的6索的长度及AB转轴的两个转角。在普通的反馈控制结构中，直接将关节空间的期望值θ作为控制器的输入值θC，经过控制器作用后输出控制量以驱动馈源支撑系统执行相应的动作，使用仪器对星型框架S3的姿态和AB转轴中心控制点(S4、S5的交点)的位置进行测量，将得到的测量值xM反馈给控制器，再结合AB转轴的开环控制对姿态角进行补偿，从而实现对接收机位置和姿态的一次定位。在馈源支撑系统内部，Stewart平台(包括上平台S6、6根刚性腿S7以及下平台S8)根据测量位姿与期望位姿求解出6腿的伸缩量并进行精调。本专利技术基于普通反馈控制的框架，针对AB转轴的控制，构建纠偏控制模型。将给定的期望值与接收机的位姿测量值作差，得到偏差值xE，包括XYZ三个方向上的位置偏差和以XYZ欧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高射电望远镜接收机一次定位精度的方法，其包括以下步骤：S1：利用测量仪器对接收机的位姿进行测量，得到测量值xM；S2：利用纠偏控制模型中的纠偏流程得到关节纠偏控制量Δθ；S3：关节纠偏控制量Δθ与经逆运动学变换得到的关节空间期望值θ相加之后得到控制器的输入量θC，通过控制器后作用于馈源支撑系统；S4：重复步骤S1至S3，在接收机姿态误差允许的范围内，补偿接收机的一次定位的位置误差。

【技术特征摘要】
1.一种提高射电望远镜接收机一次定位精度的方法，其包括以下步骤：S1：利用测量仪器对接收机的位姿进行测量，得到测量值xM；S2：利用纠偏控制模型中的纠偏流程得到关节纠偏控制量Δθ；S3：关节纠偏控制量Δθ与经逆运动学变换得到的关节空间期望值θ相加之后得到控制器的输入量θC，通过控制器后作用于馈源支撑系统；S4：重复步骤S1至S3，在接收机姿态误差允许的范围内，补偿接收机的一次定位的位置误差。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S2具体包括以下子步骤：将初始输入的接收机期望位姿引到馈源支撑系统，与测量值xM作差得到接收机的位姿误差xE；通过位置掩码去掉xE的三个姿态分量只留下位置误差xEp；位置误差xEp经过伪逆雅克比矩阵变换成关节偏差量Δθ′；通过纠偏控制器的作用得到关节纠偏控制量Δθ。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在进行步骤S1之前，还包括以下步骤：给定射电望远镜接收机的初始期望位姿xC，经过逆运动学分解为关节空间各个分量的期望值，经过控制器后转化为控制量送给馈源支撑系统；馈源支撑系统的驱动机构在控制量信号的作用下驱动执行机构执行相应的动作...

【专利技术属性】
技术研发人员：景奉水，郑榕樟，杨国栋，谭民，梁自泽，李恩，邓赛，孙尧，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11