大口径光学望远镜油垫非线性干扰的检测与抑制_杨世海

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1、第２１卷第２期光学精密工程Ｖｏｌ．２１Ｎｏ．２２０１３年２月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＦｅｂ．２０１３文章编号１００４－９２４Ｘ（２０１３）０２－０４０８－０８大口径光学望远镜油垫非线性干扰的检测与抑制杨世海１，２，３＊（１．中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，江苏南京２１００４２；２．中国科学院南京天文光学技术研究所天文光学技术重点实验室，江苏南京２１００４２；３．中国科学院大学，北京１０００４９）摘要：研究了静压油垫带来的非线性干扰对大口径天文光学望远镜跟踪精度的影响。分析了油垫干扰的成因；综合采用加速度计法和编码器法，精确测得了油

2、垫的非线性干扰频率；通过分析油垫开启前后的振动曲线、编码器位置曲线及其快速傅里叶变换（ＦＦＴ）曲线，提出了油垫液压振动是一种窄带干扰。然后，采用Ｎｏｔｃｈ数字滤波器，将陷波频率设置在主要干扰频率处来抑制油垫液压振动干扰。给出了滤波器的具体设计过程及其Ｂｏｄｅ图和零极点图。当需要调整油膜厚度时，可改变Ｎｏｔｃｈ参数来适应干扰频率的变化。最后，给出了带Ｎｏｔｃｈ滤波器的控制系统和滤波结果。仿真和２．５ｍ天文望远镜的实验结果表明：通过检测并抑制油垫０．８２５Ｈｚ的主要干扰，望远镜可在保证运动控制系统原有的稳定性和响应能力的情况下，方位轴跟踪精度达到ＲＭＳ值为０．０８３７″，ＰＶ值为

3、０．５７１″。相对于脉动衰减装置，该方法灵活、简单、通用性好。关键词：天文望远镜；油垫；非线性干扰；跟踪；陷波中图分类号：ＴＨ７５１文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１３２１０２．０４０８Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｏｉｌｐａｄｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｆｏｒｌａｒｇｅｏｐｔｉｃａｌｔｅｌｅｓｃｏｐｅ１，２，３＊ＹＡＮＧＳｈｉ－ｈａｉ（１．ＮａｔｉｏｎａｌＡｓｔｒｏｎｏｍｉｃａｌＯｂｓｅｒｖａｔｏｒｉｅｓ／ＮａｎｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｓｔｒｏｎｏｍｉｃａｌＯｐｔｉｃｓ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅ

4、ｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４２，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｓｔｒｏｎｏｍｉｃａｌＯｐｔｉｃｓ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮａｎｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｓｔｒｏｎｏｍｉｃａｌＯｐｔｉｃｓ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４２，Ｃｈｉｎａ；３．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ）＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｙａｎｇ＠ｎｉａｏｔ．ａｃ．ｃｎＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ

5、ｐａｐｅｒｅｘｐｌｏｒｅｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｆａｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｏｉｌｐａｄｉｎａｎｏｐｔｉ－ｃａｌａｓｔｒｏｎｏｍｉｃａｌｔｅｌｅｓｃｏｐｅｏｎｔｈｅｔｒａｃｋｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｃａｕｓｅｓｏｆｏｉｌｐａｄｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅａｒｅａｎａ－ｌｙｚｅｄａｎｄｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓａｒｅｍｅａｓｕｒｅｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙｗｉｔｈａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒｓａｎｄａｎｅｎｃｏｄｅｒ．Ｂｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｕｒｖｅ

6、ｏｆｔｈｅａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ，ｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｃｕｒｖｅａｎｄＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｅｒ（ＦＦＴ）ｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅｅｎｃｏｄｅｒｗｈｅｎｔｈｅｏｉｌｐａｄｉｓｔｕｒｎｉｎｇｏｎｏｒｔｕｒｎｉｎｇｏｆｆ，ｉｔｐｏｉｎｔｓｏｕｔｔｈａｔ收稿日期：２０１２－０９－２５；修订日期：２０１２－１０－２９．基金项目：国家自然科学基金面上项目（Ｎｏ．１１０７３０３４，Ｎｏ．１０９０３０３３）；江苏省“３３３高层次人才培养工程”资助项目第２期杨世海：大口径光学望远镜油垫非线性干扰的检测与抑制４０９ｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｏｉｌｐａｄｉｓｎａｒｒｏｗｂａｎｄｉ

7、ｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ．Ｔｈｅｎ，ａＮｏｔｃｈｆｉｌｔｅｒｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅｏｉｌｐａｄｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｂｙｓｅｔｔｉｎｇｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｔｔｈｅｍａｉｎｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｂｏｄｅｄｉａｇｒａｍａｎｄｔｈｅｚｅｒｏ－ｐｏｌｅｍａｐｏｆＮｏｔｃｈｆｉｌｔｅｒａｒｅｇｉｖｅｎ．Ｗｈｅｎｏｉｌｆｉｌｍｔｈｉｃｋｎｅ