FAST索网节点位移的T-S模糊建模

摘要

天文射电望远镜又被叫做无线电望远镜。与传统天文望远镜相比他具有很多优势（穿透性强、观测距离远、观测范围广），因而在目前天文观测中倍受青睐。500m口径球面射电远镜(FAST)的主动反射面有2400多个节点。只有对2400多个节点实现实时动态定位和控制，FAST主反射面才能顺利地完成观测任务，因此建立合理的节点运动轨迹模型具有十分重要的意义。
　　FAST索网节点运动过程具有多输入、非线性、时变、大惯性等特点，而且节点数量多以及干扰因素多，不便于直接测量。本文以FAST索网50m缩尺模型为背景，利用T-S模糊模型对索网节点的位移建立数学模型。本文将模糊前后件分开辨识。首先，利用FCM算法辨识模糊前件的结构和参数，然后通过最小二乘法辨识模型后件的参数。为了更好地建立模型，提高模型的辨识精度与收敛速度，第四章改进了第三章的辨识方法。针对FCM算法的弊端（对初始值敏感、训练速度慢、容易陷入局部极小等），第四章利用减法聚类辨识前件结构与参数。然后用PSO-BP的混合算法代替最小二乘法来辨识后件参数，最后根据密云50m缩尺模型现场数据进行仿真实验。
　　仿真结果显示，改进后的T-S模糊模型能较好预测节点的位移模型。当模型规则数以及各参数一定时，基于模糊C-均值聚类算法和最小二乘法的T-S模糊模型只能辨识出唯一精度的均方误差。如果想提高精度，就要增加模糊规则数，但是这样就使模型变得复杂。改进的T-S模糊模型利用PSO-BP混合算法在本质上解决了上述问题。本文提出不增加模糊的规则数而将辨识精度提高的模型更适用于实际工程领域。根据预测的节点运动轨迹模型，观测人员就可以及时处理与调控主网，保证主索网变位工作正常运转。因此，改进的T-S模糊模型不仅具有理论研究意义，更具有实际应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 模糊建模研究现状

1．3 本文的研究工作

第2章 FAST索网节点的硬件实现及方案介绍

2．1 引言

2．2 FAST索网整网结构及实施方案

2．2．1 整体索网结构

2．2．2 被架结构

2．2．3 主索节点

2．2．4 周边支承结构

2．2．5 球面底主索网格形式的选择

2．2．6 反射面拟合精度及单元网格尺寸

2．2．7 索网调控方法及下拉索的布置

2．3 FAST索网节点的硬件实现

2．3．1 主网反射面变位策略

2．3．2 节点位移控制建模

2．3．3 反射面变形策略

2．4 本章小结

第3章 FAST索网节点位移的模糊建模与仿真

3．1 模糊建模概论

3．1．1 模糊模型基本思想

3．1．2 基于模糊规则的系统分类

3．2 基于模糊C-均值算法的T-S模型辨识前件结构与参数

3．2．1 模糊C-均值(FCM)算法

3．2．2 FCM算法辨识前件结构与参数

3．3 最小二乘法对模糊模型后件参数的辨识

3．3．1 最小二乘法原理

3．3．2 利用最小二乘法辨识模糊模型后件参数

3．4 FAST索网节点的T-S模糊建模

3．4．1 背景分析

3．4．2 数据预处理

3．4．3 FAST索网节点位移模型的仿真

3．5 本章小结

第4章 改进的T-S模糊建模与仿真

4．1 模型结构以及改进辨识方法的提出

4．2 利用减法聚类算法对模糊前件进行辨识

4．2．1 减法聚类算法

4．2．2 利用减法聚类辨识模糊模型的前件结构和参数

4．3 基于PSO-BP混合算法对后件参数的辨识与优化

4．3．1 BP算法原理及应用

4．3．2 粒子群优化(PSO)算法

4．3．3 改进的PSO-BP混合算法

4．3．4 PSO-BP对T-S模型后件参数的优化辨识

4．4 改进的T-S模型在FAST索网节点位移模型中的应用

4．5 本章小结

第5章 结束语

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况