Разработка и исследование датчика местной вертикали с каналом моментной компенсации в составе системы управления деформируемым радиотелескопом Белоконев, Георгий Владиславович

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Белоконев, Георгий Владиславович. Разработка и исследование датчика местной вертикали с каналом моментной компенсации в составе системы управления деформируемым радиотелескопом : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.05.- Санкт-Петербург, 2000.- 238 с.: ил. РГБ ОД, 61 00-5/2273-8

Введение к работе

Актуальность работы. Тема диссертации "Разработка и исследование датчика местной вертикали с каналом моментнои компенсации з составе системы управления деформируемым радиотелескопом" возникла из потребностей решения теоретических и практических задач разработки и исследования системы эксплуатационного контроля деформаций (СЭКД) металлоконструкций (МК) больших полноповоротных радиотелескопов (РТ) типа TIIA-15G0 (РТФ-64) в связи с проблемой управления деформируемым РТ. Работы по контролю деформаций МК РТ с диаметром раскрыва главного рефлектора 64 м выполняются з соответствии с комплексной целевой программой "Излучение" но решению научно-технической проблемы "Поиск принципов и создание новых типов антенных систем для перспективных радиотехнических комплексов, разработка теории и методов проектирования", в которую ИТМО (СПбГ'ИТглЮ(ТУ)) включен соисполнителем но разделу 03.02.05 "Исследование методов и разработка аппаратуры высокоточного и автоматизированного контроля формы зеркал больших зеркальных антенн (БЗА)"

Целью диссертационной работы является комплексное решение задачи разработки и исследования датчика местной вертикали (ДМ13) с каналом моментнои компенсации в составе системы управления большим полноповоротным деформируемым радиотелескопом с диаметром раскрыва главного рефлектора 64 и более метров типа РТФ-64, ТИА-1500, ТИА-1500-1, с целью высокоточного наведения РТ на объект радиоастрономического наблюдения (ОРН) по углу места, состоящее в:

анализе деформаций элементов металлоконструкций больших полноповсротных радиотелескопов на примере РТ типа ТБА-1500 с целью обоснования необходимости сопряжения угломестного индуктосина РТ с разгруженной от деформаций опорно-поворотного устройства РТ сервисной механической конструкции маяпшкового типа (маятникового модуля);

сравнительном анализе методов обеспечения высокоточного наведения деформируемого РТ по углу места, использующих возможности силовой вертикализации промежуточной механической сервисной конструкции (маятникового модуля) и наблюдения ее отклонения от местной вертикали;

— обосновании необходимости включения в систему
эксплуатационного контроля деформаций МК РТ датчика местной
вертикали, реализующего измерительную концепцию, состоящую в
измерении отклонения маятникового модуля от местной вертикали, за
которую принимается нормаль к невозмущённой поверхности жидкости в
камерах чувствительного элемента (43), оцениваемая по результатам
измерения этого отклонения от возмущённой поверхности с целью
построения квазиназемной системы координатори управлении РТ;

— анализе возможностей среды приборного модуля ДМВ для
организации "всепогодной" и "всеволновой⁴ эксплуатации деформируемого

РТ с целью оценки допустимых значений скоростей ветра и достижимых длин волн излучения РТ;

— анализе возможностей концепции динамического наблюдения в
задаче построения алгоритмического модуля ДМВ и разработке процедур
синтеза алгоритмов динамического наблюдения в функции от состава
измерений, характера размещения датчиков и согласования процессов
измерения и наблюдения;

разработке алгоритма динамического наблюдения ускорения центра угломестной оси (УМО) РТ с использованием адаптивного наблюдения перемещения центра угломестной оси РТ по результатам измерения линейного перемещения боковых стоек опорно-поворотного устройства (ОПУ) РТ в процессе его деформации;

решении задачи параметрической оптимизации приборного модуля ДМВ в связи с проблемой "ложного нуля", ранжировании источников погрешностей сигнальных и модельных представлений по степени их влияния на процессы в алгоритмическом модуле ДМВ и разработке процедур динамической компенсации и обеспечения параметрической инвариантности с целью минимизации влияния доминирующих источников погрешностей;

— формировании в среде алгоритмического модуля ДМВ
самонастраивающегося канала моментной компенсации, гарантирующего
выработку поправки в показания угломестного индуктосина на величину
отклонения сопряжённого со статором УМИ маятникового модуля от
вертикали, при неопределённости и изменении в широких пределах значения
момента трения в подшипниках маятникового модуля ДМВ и индуктосина в
процессе эксплуатации, обеспечивая таким образом "всепогодную" и
"всеволновую" эксплуатацию больших лолноповоротных РТ указанного
типа;

— выработке рекомендаций по совершенствованию ДМВ, состоящего из
маятникового модуля, жидкостного клинового ЧЭ и алгоритмического
модуля в составе системы управления большим полноповоротным РТ.

Методами исследования являются: метод пространства состояний; теория стохастических систем; матричный формализм в виде матричных уравнений Ляпунова и Сильвестра, грамианов управляемости, наблюдаемости, ьросс-грамианов, сингулярное разложение матриц, дисперсионных матриц и матриц спектральных плотностей; теория динамического измерения и наблюдения, дополненная возможностями программной оболочки MatLAB with SIMUL1NK.

Научная новизна диссертационной работы заключается в развитии основных положений теории динамического наблюдения, при этом: I. Получены критерии оптимального размещения датчиков на контролируемом процессе, согласования процессов измерения и наблюдения, информационной независимости и вычислительной устойчивости данных процессов па основе экстремальных элементов сингулярного спектра грамианов управляемости, наблюдаемости и кросс-грамианов;

Проведено исследование проблем робастностн алгоритмов динамического наблюдения к погрешностям структурных и сигнальных представлении на основе единого методологического подхода, выраженного в исследовании автономной модели невязки наблюдения с представлением рассматриваемой погрешности как входного вектора данной модели);
Осуществлены ранжирование погрешностей структурных и сигнальных представлений но степени влияния на невязку наблюдения на основе экстремальных элементов сингулярного спектра грамианоа и разработка структурных и параметрических методов минимизации их влияния на невязку наблюдения (например, метода динамической компенсации запаздывания в дискретных выходных измерительных цепях);
Получен алгоритм динамического наблюдения, робастнык к погрешности представления момента трения с использованием алгоритма самонастраивающегося по моменту трения изодромного управления.
В связи с тем, что все процедуры синтеза наблюдателей опирались на концепции модального подобия, заложенного в матричном уравнении Сильвестра, предложено комбинированное распределение мод, носителем которых является модальная модель, характеризующаяся робасткъш распределением Баттерворта и не зависящей от порядка модели степенью колебательности.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

Включение разработанного в ходе диссертационной работы датчика местной вертикали с каналом моментной компенсации в систему управления РТ типа ТНА-1500 решает проблему его "всепогодной" (при скоростях ветра до 20 м/с и перепадах температур, допускающих 15-кратное увеличение момента трения в подшипниках датчика и угломестного индуктосина) и "всеволновой" (длины рабочих волн до 0,005 м) эксплуатации при условии априорной юстировки радиооптической системы радиотелескопа. - "
Предложена схема контроля ускорения точки подвеса ДМВ с помощью динамического наблюдателя по результатам измерений, формируемым датчиками ветрового напора и блоками контроля деформаций боковых стоек ОПУ, входящих в состав комплекса системы эксплуатационного контроля деформацій металлоконструкций РТ;
Обоснована, техническая и экономическая нецелесообразность использования приборов автоколлимационного типа для контроля перемещения центра угломестной оси радиотелескопа относительно боковых стоек его опорно-поворотного устройства, взамен чего предложен альтернативный вариант решения проблемы в виде адаптивного наблюдателя точки подвеса ДМВ по результатам измерения деформаций боковых стоек ОПУ.
В связи с тем, что информационная (сигнальная) среда процессов в ДМВ существенно зависит от скорости ветра, предложен двухканальный алгоритм процедуры моментной компенсации с использованием показаний датчиков ветрового капора, устанавливаемых па главном рефлекторе РТ.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: XXIX НТК ППС СПбГИТМО (СПб, 1997); 6th Int. Stud. Olympiad on Automatic Control (Baltic Olympiad) (SPb, 1998); XXIV молодежной НТК Тагаринские чтения" (М., 1998); НТК "Диагностика, информатика, метрология, экология, безопасность — 98" (ДИМЭБ-98) (СПб., 1998); II научной сессии аспирантов ГУАП (СПб, 1999); 7^(h Int. Stud. Olympiad on Automatic Control (Baltic Olympiad) (SPb, 1999); XXX НТК ППС СПбГИТМО (СПб, 1999); Междунар. НТК "50 лет развития кибернетики" (СПб., 1999); Юбилейной НТК ППС, посвящ. 100-летию университета (СПб, СПбГИТМО, 2000); НТК молодых ученых "Навигация и управление движением" (СПб., 2000); 8^th Int. Stud. Olympiad on Automatic Control (Baltic Olympiad) (SPb, 2000).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 238 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, списка литературы (59 наименований) и приложений.