摘要：南极天文望远镜控制软件是望远镜软件系统的重要组成部分,是控制计算机在望远镜用户层和设备层之间运行的关键技术。对于用户层,控制软件需具备全自动观测的交互接口、卫星通信条件下的远程访问和故障诊断等功能;对于设备层,控制软件不但要完成对天体目标的精确指向和精密跟踪、计算并补偿系统误差和控制关键部件以达到目标像质,而且需实现对电源分配系统、除霜及加热系统的控制、设备及环境信息的采集和监测等。相比于普通台址,在南极大陆运行的光学天文望远镜有其独特的特点,控制软件需进行特殊设计。本文重点从操作系统选择、远程建立望远镜指向误差修正模型方法、全自动观测软件接口、卫星通信及远程运维、望远镜实时状态监测和故障诊断等方面探讨了南极天文光学望远镜控制软件的关键技术和设计原则,并展望未来技术的发展,为南极天文望远镜的研制和控制系统研发提供技术储备。

摘要：数控小工具是现代大口径非球面镜面研磨抛光加工中常用的一种计算机控制表面成形技术。在数控小工具加工实践中,当非球面面形精修到一定精度时,面形残差常常表现为环带形式,与相邻部分面形相差较大。为提高加工效率,可以针对这些环带使用小口径研抛工具进行单独修正,因此需要提取环带的位置和宽度。文章提出一种适用于大口径非球面镜的加工方法,通过将面形残差的高度信息映射到色彩空间成为图像,然后使用K-Means聚类分割图像,选择目标区间,得到待加工环带,此时可以计算出环带的宽度信息用于确定研抛工具的大小;另一方面,对环带提取骨架得到位置信息,从而生成数控机床可用的加工路径。该方法应用于1.6m望远镜非球面主镜面形的处理,从中提取了待加工环带信息用于指导面形加工,经多次加工与辅助平滑修抛迭代,主镜面形RMS值优于1/40波长。

摘要：为设计满足巡天空间望远镜系外行星成像星冕仪振动试验要求的夹具,对初步设计的振动夹具进行模态仿真分析。根据分析结果,识别夹具薄弱环节,并对振动夹具进行改进设计。通过分析计算,改进后的夹具满足设计固有频率要求。并对其进行正弦振动和随机振动动力学分析。将夹具在振动台上进行正弦扫频试验,验证设计合理性。夹具的仿真一阶模态结果342.6Hz,其振动试验结果一阶模态为329Hz。振动夹具一阶固有频率的试验结果与仿真计算误差约为4%,误差合理。试验验证了仿真计算结果的正确性。实现了振动夹具的基频大于试验件3倍的目标,振动夹具设计合理。满足巡天空间望远镜系外行星成像星冕仪力学环境试验使用。

摘要：以K镜消旋系统为例,针对光机结构中多误差源耦合和误差分配的问题,采用蒙特卡洛算法进行误差分解,并提出了类粒子群优化算法,对误差源进行智能误差分配,以指导工程化的加工公差分配和结构优化极限。首先,对一套悬臂式K镜消旋系统的光机结构引起的消旋指向精度进行误差来源分析;然后,通过蒙特卡洛算法结合粒子群优化方法对误差源进行智能分配,指导K镜关键零部件的优化设计和公差分配;最后,分别利用光机耦合仿真分析法和实验装调法对设计的K镜消旋系统进行消旋指向精度分析。结果显示,仿真分析获得消旋指向精度为6.95″,实验装调最优消旋指向精度为14.24″,验证了光机结构设计方案及其误差分配方案的可行性。

摘要：速度同步性能和抗干扰性是影响双永磁同步电机(dual-PMSM)同步运行动态响应和稳态精度的重要因素。通过引入交叉耦合控制作为模型,提出了一种基于改进双功率趋近律的积分滑模速度跟踪控制器,以减小两台电机之间的速度误差。设计了负载转矩观测器,将观测值引入滑模控制(SMC)趋近律,以提高系统的抗干扰性能。同时,采用模糊比例积分微分(FPID)控制设计了同步控制器,以提高双永磁同步电机的同步性。验证结果表明,当目标转速为800 r/min时,与传统的PI算法相比,所提出的控制方法可以在空载启动时将两台电机的速度同步误差从25 r/min降低到12 r/min,在负载突然转矩下将速度同步误差由7 r/min降低至2.2 r/min,从而提高了同步性和抗干扰性。

摘要：针对丽江2.4 m望远镜耐焦与卡焦不能自动切换的现状,设计了一套M3切换系统,实现焦点间快速切换,进一步提高望远镜的观测能力。首先对切换系统进行结构设计,介绍了系统的组成和实现方法,然后进行了精度分析及有限元分析,最后通过实验进行了标定和测试。有限元分析结果表明,在重力作用下反射镜的面形精度RMS<λ/60(λ=632.8 nm),切换系统的一阶模态达到了34.71 Hz,整个系统具有较好的刚度。实验测试表明,方位轴系和俯仰轴系的重复定位精度优于0.5″,平移机构的重复定位精度为1μm。该切换系统的性能指标达到了设计要求,并已装调于该望远镜且投入观测使用,同时也为类似望远镜的设计提供了参考。

摘要：2.5 m大视场高分辨率望远镜消光筒会接收来自主焦点处的热辐射,加热镜筒内空气,产生随机湍流,降低视宁度,影响望远镜成像质量。为解决这一问题,满足2.5 m望远镜温控指标要求,设计Smith自抗扰控制器(ADRC-Smith),利用自抗扰控制结合Smith预估算法实现对消光筒壁面温度的精确控制。首先,建立消光筒温控系统模型,给出ADRC-Smith控制器的结构和调参方法;其次,对消光筒温控系统进行仿真,分析控制器的可行性;最后,搭建消光筒温控系统,实验验证控制器的实用性。实验结果表明,ADRC-Smith控制器可以将消光筒壁面温度控制在环境温度2℃内,对应的响应时间和稳定时间分别约为59 s和173 s,跟随误差约为0.14℃。研究表明,ADRC-Smith控制器可以提高2.5 m大视场高分辨率望远镜消光筒温控系统的性能。

摘要：为实现各类暂现源及暗弱目标的宽波段、高效率光谱后随观测,以1.9 m光学望远镜为例,设计了一种基于Faint Object Spectrograph and Camera型的双通道中低色散光谱仪,可实现三种光谱分辨率(R=500、2000和5500),工作波段覆盖紫外-近红外(310~1000 nm)。根据光栅方程和光谱分辨率等各项指标,确定光谱仪的初始结构参数,针对光谱仪在全波段的高效率需求以及仪器随动的包络限制,确定光学系统采用双通道设计并近似对称分布:准直系统采用了不同于传统Faint Object Spectrograph and Camera型光谱仪的折反射式系统,在提高了系统效率的同时压缩了空间。色散系统根据直视棱栅的不同工艺,通过棱镜材料和角度的调整对工作波段的光栅效率进行优化并得到8种棱栅参数;红蓝通道相机系统在设计过程中优化选取光学材料,同时结合二次非球面和单透镜的主动调焦补偿,实现大动态温度范围(-30℃~20℃)全视场(φ16°)最大弥散斑半径均方根小于5μm的优良像质。该系统结构紧凑、分布对称,设计结果满足各项指标,光谱仪全波段峰值效率优于60%,最低效率优于20%,具有较高的可实现性。基于曲面芯片工艺,以红通道为例,简化的相机系统至少可提高整体光谱效率约4%,可以为未来光谱仪相机系统的设计提供参考。

摘要：为明确输入光纤及其定位误差对光纤离轴抛物面反射准直器出射光准直特性的影响,采用光线追迹法,针对不同光纤的实测输出,进行仿真研究。结果表明,同样的准直器参数下,输入光纤纤径越粗,对旋转定位误差越敏感,输入光纤纤径越细,对位移定位误差越敏感。相同的反射焦距下,大离轴角、短母焦距准直器下出射光束指向更稳定;小离轴角、长母焦距准直器下出射光束的角度能量分布更稳定。研究结果为高精度法布里-珀罗定标源等角度能量分布敏感光学系统中的准直器参数设计和光机结构稳定性要求提供了参考。

摘要：地震灾害是天文台规划和望远镜结构建设时迫切需要重视的一个重要安全问题。为了满足大型地基光学望远镜的抗震要求,本文设计了具有独特特点的基于液压阻尼技术的三维隔震系统,该系统主要由望远镜液压支撑系统中的附加被动元件组成,能够感知临界震动,并在达到临界加速度值时启动整个减震系统,将载荷限制在可接受的范围内。大量有限元分析结果表明:一方面,没有隔震系统的望远镜系统会发生明显的输入震动放大响应,其对输入地震波的放大率在NS方向约为142%,EW方向约为145%,UD方向约为369%;另一方面,与输入地震波相比,隔震系统可以抑制响应加速度,其响应函数在NS方向约为22%,EW方向约为38%,UD方向约为4%。上述结果验证了该三维隔震系统具有良好的隔震性能,能够满足大型地面光学望远镜的抗震设计要求。