FAST馈源支撑系统大型混联定位机构的精度设计与补偿

China is building a Five-hundred meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST), which adopts a large-scale hybrid mechanism as fine feed positioning mechanism. However, the complexity of the large-scale hybrid mechanism makes its accuracy guaranty to become a major problem, which will directly affect its application in FAST. .So, this research project will focus on the accuracy design and compensation method of the large-scale hybrid mechanism in FAST. First of all, this research project will explore an effective error modeling method for large-scale hybrid mechanism. Considering the manufacturing process and cost, accuracy optimization algorithm will be studied with multi-objective function of the large-scale hybrid mechanism. Therefore, we can obtain manufacturing and assembly tolerances of main parts of the large-scale hybrid mechanism in FAST. Secondly, establishing and solving error identification equation will be researched. Then, this research project will take parameter identifiability as evaluation index to optimize measurement method, and complete the study of error compensation strategy for the large-scale hybrid mechanism by combining kinematic calibration method and static stiffness experiment. Eventually, theoretical research involved in this project will be revised and validated through the practical application and some related experiments..This project is meaningful for both theoretical study and application of the large-scale hybrid mechanism in FAST.

我国正推进建造的500 米口径球面射电望远镜（FAST）馈源支撑系统中采用了一个大型混联机构作为馈源的精调定位机构，该机构具有非刚体、活动度多、尺寸大、结构复杂等特点，这使得其精度保证成为一大难题。本项目将重点研究此类大型混联机构的精度设计与补偿方法。首先，本项目将探讨大型混联机构快速有效的误差建模方法，结合制造工艺和制造成本等因素建立多目标精度综合函数，研究其优化求解方法并得到精调定位机构主要零部件的制造和装配参考公差；其次，研究大型混联机构误差参数辨识方程的建立与求解方法，探讨以参数可辨识性为评价指标的测量方案优化方法，完成兼顾运动学标定方法和静刚度实验相结合的大型混联机构误差补偿策略研究。通过在FAST望远镜中的实际应用及相关实验，修正和验证本项目所涉及的理论研究。本项目工作对大型混联机构的精度保证研究以及FAST望远镜的实际建造具有重要的理论和工程价值。

我国正推进建造的500 米口径球面射电望远镜（FAST）馈源支撑系统中采用了一个大型混联机构作为馈源的精调定位机构，该机构具有非刚体、活动度多、尺寸大、结构复杂等特点，这使得其精度保证成为一大难题。本课题以该大型混联机构（馈源舱）为研究对象，重点研究了该类大型混联机构的误差建模和求解方法、结合制造工艺和成本的精度综合函数的建立、误差辨识方程的建立和求解方法、基于刚度分析和刚度试验的精度补偿策略等。本研究首先采用空间矢量链的方法建立了馈源舱的误差模型，提出快速有效的基于区间分析算法的误差方程求解方法，解决目前复杂机构精度分析效率低的问题。然后，通过分解主要和次要误差源，建立基于误差源影响因子的精度优化函数，得到主要精度分配指标。基于误差模型，本课题建立了机构参数辨识方程，研究基于正则化方法的误差辨识方程求解方法，并得到参数辨识仿真结果，有效提高精度辨识能力。最后，对于馈源舱这样大结构变形机构，本课题分析了结构变形和位姿之间的关系，拟通过刚度分析和刚度试验，完成机构实时精度补偿策略，并利用一个低刚度Stewart平台进行后续试验研究和理论修正。本项目工作对大型混联机构的精度保证研究以及FAST望远镜的实际建造具有重要的理论和工程价值。