“6根懸索驅(qū)動的饋源艙實際上是一柔性并聯(lián)機構(gòu)，而精調(diào)Stewart平臺是一剛性并聯(lián)結(jié)構(gòu)。這一大一小，一柔一剛兩個并聯(lián)系統(tǒng)，構(gòu)成了一個并聯(lián)宏-微機器人系統(tǒng)，共同完成對饋源定位的任務(wù)?！倍螌殠r說，宏機器人系統(tǒng)為6根懸索驅(qū)動的饋源艙，完成饋源的大范圍跟蹤，保證饋源艙的誤差在50厘米內(nèi)；微機器人為6自由度Stewart平臺，實現(xiàn)饋源的精確定位，也就是4毫米。
據(jù)介紹，對FAST饋源艙的粗精兩級調(diào)節(jié)是項目的關(guān)鍵技術(shù)之一，研究中碰到的難題一個接著一個。比如，粗精兩級調(diào)整的動力學(xué)耦合與復(fù)合控制，高精度動態(tài)激光檢測，大跨度、柔性、延遲索系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的建模與求解、風(fēng)致顫振，齒隙、摩擦等非線性因素對系統(tǒng)性能的影響，艙索結(jié)構(gòu)對增益、副瓣電平等電性能的影響等等。
再比如，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)推算，F(xiàn)AST所在地有記錄的最大風(fēng)速為每秒17米，為了確保饋源艙在這樣的風(fēng)速下仍然安全工作，就必須進行風(fēng)速模擬計算，從而預(yù)測實際中風(fēng)荷干擾下懸索對饋源艙的可控精度，為控制系統(tǒng)的精度分配提供依據(jù)。與此同時，為了解決饋源艙在風(fēng)荷下的穩(wěn)定性，他們還在懸索上設(shè)計了阻尼裝置，能起到耗散能量，降低懸索振動幅度的作用
【智慧三：西電等比模型助力工程】
5米及50米驗證模型相似性研究，對實際裝置性能進行了預(yù)測
FAST是國家科教領(lǐng)導(dǎo)小組審議批準(zhǔn)的國家九大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一，從面積上看這是一個約30個足球場大的高靈敏度的巨型射電望遠(yuǎn)鏡。建造這樣一個大科學(xué)裝備，僅僅進行計算仿真是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所有模型、理論、方法都需要通過模型進行驗證，并對實際裝置性能進行預(yù)測，徹底搞清關(guān)鍵問題，從而為工程建設(shè)奠定基礎(chǔ)。
FAST的設(shè)計是一個多學(xué)科交叉項目，涉及到機械、電子、力學(xué)、控制及動態(tài)監(jiān)測等多個領(lǐng)域，最終目的是建造實際的射電望遠(yuǎn)鏡。為了在進行500米實際工程之前，對工程實施中將用到的相關(guān)技術(shù)進行驗證，段寶巖帶領(lǐng)的團隊，先后于2000年、2002年和2008年，搭建了一個5米和兩個50米等三個縮比驗證模型。
第一個模型是在國家自然科學(xué)基金支持下進行的，團隊在實驗室搭建了一個1:100比例的5米室內(nèi)模型，其目的主要是驗證基本理論和控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)。這一模型的6個支撐桿，均勻分布在直徑5米的圓上。此外，為簡單起見，用了一個直徑40厘米重6千克的球冠模擬饋源艙。
結(jié)果顯示，6根并聯(lián)懸索進行物體的空間動態(tài)定位這一設(shè)計思路是可行的，懸索可以協(xié)調(diào)工作，系統(tǒng)控制方案合理，饋源艙中心實際位置與理論位置的誤差在1厘米左右，動態(tài)跟蹤式饋源艙的誤差也在厘米量級上。
第二個模型是在中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重大項目支持下進行的，位于西安市南郊的沙井村，是一個1:10比例的50米室外模型。在這一模型中，6個支撐塔的高度為15米，均勻分布在直徑50米的圓上，饋源艙為直徑2.5米的半球。實驗中為了抑制振動，這一模型對6懸索并聯(lián)系統(tǒng)方案還做了微調(diào)，增加了2根向下拉的懸索。
一系列實驗的結(jié)果顯示，無論在哪一種假設(shè)的運動情況下，系統(tǒng)均能較好地跟蹤所期望的理論軌跡，饋源艙中心的跟蹤誤差在40毫米以內(nèi)，動平臺中心位置的跟蹤誤差始終在10毫米以內(nèi)，精調(diào)Stewart平臺的誤差縮小功能明顯。然而，這距離饋源指向跟蹤系統(tǒng)4毫米的跟蹤精度要求仍有一段不小距離。
在第二個模型中，使用的Stewart平臺是北京理工大學(xué)已有的成品，平臺底座尺度比理論值大，客觀原因?qū)е履Ｐ臀茨芡耆凑?:10縮比尺寸建造。為此，后來他們又按照1:10的比例，在西安電子科技大學(xué)南校區(qū)建造了第三個50米的等比實驗?zāi)Ｐ汀?/p>
在第三個模型中，塔、索、饋源艙、精調(diào)Stewart平臺全部自主設(shè)計，實驗結(jié)果表明，通過饋源支撐系統(tǒng)的粗、精二級調(diào)整，精調(diào)平臺能夠?qū)崿F(xiàn)3毫米的定位精度和0.06角度的指向精度。
據(jù)介紹，在FAST饋源支撐系統(tǒng)的研究中，主要是西電和清華兩個團組在做?！拔覀兘ㄔ斓目s比模型，驗證了獨立控制策略，粗精調(diào)控制算法，軌跡規(guī)劃策略和軌跡跟蹤控制等，說明在工程上是有效可行的；以及后來清華的4塔方案20、50米模型、6塔方案40米模型，都對工程建設(shè)有一定的指導(dǎo)意義?！倍螌殠r說，“FAST是一個中國天文學(xué)家、科學(xué)家，以及工程承建單位集體智慧的產(chǎn)物。這些不同比例的模型，為FAST建設(shè)掃清了技術(shù)障礙，共同為500米口徑大射電望遠(yuǎn)鏡的實際建造積累了有益的工程經(jīng)驗?！?/p>
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