国家天文台“FAST馈源支撑系统的全过程数值仿真”取得新进展
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近日，中国科学院国家天文台FAST项目——500米球反射面射电望远镜的“馈源支撑系统全过程数值仿真(End-to-end simulation)”取得可喜的成果。通过国际合作，国家天文台人员学习掌握了仿真的核心技术，逐步自主开展工作，并取得创新成果。这是一个引进、吸收、再创新的典范。
馈源柔性索支撑系统是FAST望远镜的三大创新之一，其包括一级粗调柔性悬索系统和馈源舱内的二级精调平台。"6塔6索拖动悬吊在150米高空的FAST馈源舱体在200米范围内跟踪运动，馈源6自自由度刚体实时定位10毫米以下"，这是极具挑战性的难题。馈源支撑系统的500米尺度限制了进行原型模型实验的可能性，基于虚拟样机技术建立1：1 的馈源支撑系统数值仿真模型，并进行仿真实验，它具有费用低廉、周期短、易于修改参数、便于不同方案之间的比较等优点。
2007年1月，国家天文台与德国MT公司和TUD大学签署了合作研究协议，共同开展对于FAST馈源支撑1：1原型进行全过程的数值仿真(End-to-end simulation)。国家天文台派出了李辉博士和孙京海博士生2人赴德学习和参与研究，双方研究人员经过6个月的共同工作，基于ANSYS和MATLAB/SIMULINK软件包，建立了数值仿真模型的基本框架，运行模型得到初步结果，并于11月底形成完整的中英两个版本的技术文档(Final report)。初步仿真结果表明，在4米/秒风速下，运行跟踪工况，一次索支撑定位精度小于10毫米，二次精调开动后，馈源定位精度小于5毫米，满足FAST的天文观测要求。同时此结果与多年来开展的严格相似律控制的FAST馈源支撑模型试验结果相吻合。
天文台2位人员学习和掌握了完整的仿真技术，回国后继续推进研究，至今年6月又取得突破性进展。在原有一级粗调柔性悬索系统仿真模型的基础上，建立起包括AB轴转向机构、Stewart平台和主动质量阻尼器的二级精调平台详细机构模型，以及相应的驱动器、控制器和传感器模型，从而得到了结构完整的FAST馈源支撑系统仿真模型。运行馈源支撑系统完整仿真模型，进行了大量从馈源轨迹规划到馈源实际位置响应的全过程仿真的实验。得到可信的结果：1)AB转向机构、Stewart平台能够达到预期的控制精度。2)位置传感器的延时和测量误差容易引起系统的不稳定，需要引入滤波器对传感器反馈信号进行低通滤波，滤波后无法补偿的馈源仓高频振动是馈源定位误差的主要来源。3)主动质量阻尼器对馈源仓的高频振动有明显的抑制作用，能够使馈源定位精度提高20%。
2006年4月，国家天文台FAST实验室接受和采纳FAST项目国际评审会(International Review & Advisory Conference on FAST)的建议，在研究经费紧张的情况下，依然挤出足额资金强力推进“end-to-end simulation” 中德合作研究。至今2年时间过去了，FAST项目馈源支撑仿真工作小组，逐步走过了一个“准备--学习--掌握--自主发展”的演化历程。目前，我们已经完全掌握了“end-to-end simulation”的核心技术，能够自主开展FAST馈源支撑仿真工作，为“十一五”国家大科学装置FAST望远镜的初步设计服务。
目前，天文台已具备能力将此项核心关键技术的研究深入开展，向国际尖端的索驱动并联机构相关应用技术领域延伸。比如，与企业合作开展运动馆跟踪摄像机、集装箱码头吊车等产品的虚拟工程样机研究，提高我国在相关重大技术领域的研究实力，并且可以大大节省产品预研的开支。
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馈源柔性索支撑系统是FAST望远镜的三大创新之一，其包括一级粗调柔性悬索系统和馈源舱内的二级精调平台。"6塔6索拖动悬吊在150米高空的FAST馈源舱体在200米范围内跟踪运动，馈源6自自由度刚体实时定位10毫米以下"，这是极具挑战性的难题。馈源支撑系统的500米尺度限制了进行原型模型实验的可能性，基于虚拟样机技术建立1：1 的馈源支撑系统数值仿真模型，并进行仿真实验，它具有费用低廉、周期短、易于修改参数、便于不同方案之间的比较等优点。
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