Введение к работе
Актуальность темы
Развитие многих фундаментальных наук, в том числе космической астрономии требует создания новых высокоэффективных средств получения научных данных. В настоящее время широко известны космические телескопы, с помощью которых получены многие важные научные результаты, касающиеся устройства Вселенной. Однако, в данных телескопах перемещения антенны относительно базовой платформы не предусмотрены, хотя это могло бы повысить их функциональные возможности. Имеют место лишь устройства для гашения взаимных колебаний.
В телескопах нового поколения планируется устанавливать робототехнические системы для перемещения антенны. Это очень сложная задача ввиду наличия температур, близких к абсолютному нулю, требуемой высокой точности позиционирования, кроме того, следует учесть и необходимость гашения взаимных колебаний космического аппарата и антенны телескопа.
Для решения указанной технической задачи наиболее приемлемыми представляются механизмы параллельной структуры, которые имеют несколько кинематических цепей и воспринимают нагрузку подобно пространственным фермам. Данные устройства отличаются высокими показателями по точности и нагрузочной способности, однако, при их использовании для манипулирования антеннами космических телескопов возникают некоторые проблемы. В частности, речь идет о структурном синтезе, моделировании и управлении этими объектами при учете условий, существующих в космическом пространстве.
Тема диссертационной работы посвящена решению этих проблем, и в свете изложенного она представляется актуальной.
Область исследования. Диссертационная работа выполнена в соответствии с п.5 «Разработка специального математического и алгоритмического обеспечения систем анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации» и п.7 «Методы и алгоритмы структурно-параметрического синтеза и идентификации сложных систем» Паспорта специальностей ВАК РФ (технические науки) по специальности 05.13.01. – «Системный анализ, управление и обработка информации (технические системы)».
Целью работы является разработка методов и средств для синтеза, анализа, моделирования и управления роботом параллельной структуры, предназначенного для космического телескопа.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие научные задачи:
- разработка алгоритмов структурного синтеза роботов параллельной структуры, предназначенных для космических телескопов;
- выполнение кинематического моделирования робота параллельной структуры, предназначенного для космического телескопа, и разработать критерии определения его сингулярностей, связанных с потерей степени свободы или управляемости;
- проведение динамического моделирования робота параллельной структуры, предназначенного для космического телескопа, определить динамические характеристики этого робота как нелинейной колебательной системы;
- синтез алгоритмов управления роботом параллельной структуры, обеспечивающих движения по требуемым законам с заданной точностью.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующих положениях:
Синтезированы и реализованы схемы роботов параллельной структуры, соответствующие замкнутым группам винтов, не имеющих структурных сингулярностей;
На основе методов системного анализа решены задачи кинематики робота параллельной структуры предназначенного для космического телескопа, с учетом сохранения положения центра масс, возможных потери управляемости или степени свободы;
Определены и решены задачи динамики робота параллельной структуры предназначенного для космического телескопа, и представляемого как нелинейная колебательная система;
Разработаны алгоритмы управления роботом параллельной структуры, предназначенного для космического телескопа с учетом динамических свойств робота и параметров двигателя.
Положения, выносимые на защиту
-
Результаты синтеза схемы роботов параллельной структуры, не имеющих структурных сингулярностей;
-
Методики решения задач кинематики робота параллельной структуры, предназначенного для космического телескопа, с применением положений системного анализа;
-
Методики решения задач динамики робота параллельной структуры предназначенного для космического телескопа;
-
Алгоритмы управления роботом параллельной структуры, предназначенного для космического телескопа
Практическое значение результатов исследования
Практическая значимость заключается в том, что результаты диссертации используются при проектировании робота параллельной структуры, предназначенного для космического телескопа- обсерватории «Миллиметрон». Кроме того, результаты диссертационной работы целесообразно применять при проектировании других роботов параллельной структуры и их систем управления.
Методы, применяемые в работе
В диссертации использовались методы системного анализа, компьютерного моделирования, аналитической геометрии, винтового исчисления, теории механизмов и роботов, теории автоматического управления.
Достоверность результатов доказывается корректностью применения хорошо апробированного математического аппарата и совпадением результатов теоретических исследований с данными численных экспериментов.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации были доложены на семинаре в Институте машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, на IV и VI конференциях молодых ученых по искусственному интеллекту (Москва, МИРЭА), на ХХIII конференции молодых ученых по проблемам машиноведения (Москва, ИМАШ РАН).
Публикации: по теме диссертации опубликованы 10 научных работ, из них 4 статьи в журналах из перечня, рекомендованного ВАК РФ, 2 патента на полезную модель.
Структура диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений.
