[发明专利]一种望远镜故障预警方法及系统

权利要求书

1.一种望远镜故障预警方法，其特征在于，该方法具体为：

1) 利用望远镜总控系统监测构件温度、促动器故障模式、故障促动器位置、望远镜拟执行任务波段、望远镜拟执行观测轨迹；

2) 将监测的构件温度数据转化为有限元模型的温度场边界条件；

3) 将监测的促动器故障模式、故障促动器位置转化为促动器故障模拟工况；

4) 将监测的望远镜拟执行任务波段、望远镜拟执行观测轨迹转化为观测任务模拟工况；

5) 将温度场边界条件、促动器故障模拟工况和观测任务模拟工况输入至有限元模型中，来针对望远镜拟执行的观测任务进行全过程模拟，得到关键部件的应力时程数据；

6) 将关键部件的应力时程数据转化为构件疲劳预警信息、构件强度预警信息；

7) 构件疲劳预警信息和构件强度预警信息形成促动器故障预警信息，该促动器故障预警信息将反馈至望远镜总控系统，来对望远镜的故障进行预警。

2.如权利要求1所述的望远镜故障预警方法，其特征在于，所述步骤1）中的构件温度通过布置在索网及圈梁结构上的若干个光纤传感器来直接测量构件的温度；所述步骤2）中的有限元模型为利用有限元软件ANSYS，建立FAST反射面支撑结构的整体模型，索网采用LINK10单元模拟，圈梁则采用BEAM44单元；所述步骤5）中的限元模型结合简化仿真分析方法和促动器故障模拟方法来进行全过程模拟。

3.如权利要求2所述的望远镜故障预警方法，其特征在于，所述简化仿真分析方法，具体为：将望远镜跟踪或扫描的连续观测过程简化为一系列离散的抛物面状态,相邻抛物面的中心线夹角为0.25度，以保证对连续观测过程的准确描述。

4.如权利要求2所述的望远镜故障预警方法，其特征在于，所述促动器故障模拟方法，具体为：所述促动器发生故障的响应模式分为三类：小负载随动、大负载随动及无源保位;其中，无源保位故障模式的模拟通过施加位移约束实现；小负载随动和大负载随动通过载荷约束和位移约束的结合实现；并且每发生一次促动器故障，立即更新模型里的促动器故障边界条件，重新触发计算。

5.一种望远镜故障预警系统，其特征在于，包括数据接口系统、数据处理系统和力学仿真系统，其中，数据接口系统满足望远镜总控系统的接口协议，实现与望远镜总控系统的数据交互功能；数据处理系统包括数据前处理系统和数据后处理系统，数据前处理系统主要是处理望远镜总控系统的输入数据，形成输入到力学仿真系统中的力学边界条件，数据后处理系统是实现对力学仿真系统的计算结果进行实时处理，得到促动器的行程-时间控制目标曲线及反射面的故障预警信息；力学仿真系统是实现反馈控制和故障预警的仿真计算平台。

6.如权利要求5所述的望远镜故障预警系统，其特征在于，所述数据接口系统包括均与所述望远镜总控系统连接的温度测量数据读取模块、促动器故障模式数据读取模块、故障促动器位置数据读取模块、拟执行任务波段数据读取模块、拟执行观测轨迹数据读取模块、促动器故障预警信息输出模块。

7.如权利要求5所述的望远镜故障预警系统，其特征在于，所述数据前处理系统将所述温度测量数据读取模块读取的构件温度数据转化为有限元模型的温度场边界条件；将所述促动器故障模式数据读取模块读取的促动器故障模式数据、将所述促动器故障模式数据读取模块读取的故障促动器位置数据转化为促动器故障模拟工况；将所述拟执行任务波段数据读取模块读取的望远镜拟执行任务波段、将所述促动器故障预警信息输出模块读取的望远镜拟执行观测轨迹转化为观测任务模拟工况。

8.如权利要求5所述的望远镜故障预警系统，其特征在于，所述力学仿真系统包括有限元模型、简化仿真分析系统和促动器故障模拟系统,需要将温度场数据、促动器故障工况、观测任务模拟工况等边界条件加载到有限元模型中，结合促动器故障模拟系统及简化仿真分析系统，针对望远镜的观测轨迹进行大规模仿真分析，得到望远镜支撑结构主要承力构件的应力时程数据及望远镜的面型精度水平。

9.如权利要求5所述的望远镜故障预警系统，其特征在于，所述数据后处理系统将所述力学仿真系统获得的关键部件的应力时程数据转化为构件疲劳预警信息及构件强度预警信息；同时，结合望远镜的观测任务波段，评价望远镜的控制精度是否满足要求，不满足要求时发出精度预警信息，并发出启动促动器维修指令。

10.如权利要求9所述的望远镜故障预警系统，其特征在于，所述构件疲劳预警信息首先是利用雨流计数方法对构件应力时程曲线进行处理，然后再基于线性损伤累积准则进行疲劳评估，计算构件的疲劳损伤因子，当损伤因子达到0.1时，发出疲劳预警信息。