中国科学院南京天文光学技术研究所

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,中国科学院南京天文光学技术研究所,天文望远镜集成建模研究,杨德华,南京天文光学技术研究所,30 NOV,2006,2006,年中国虚拟天文台年会,广西师范大学,桂林,中国科学院,南京天文光学技术研究所,内容,概述,名词含义、目的意义、发展历程,集成建模的基本方法,集成建模的基本工作内容,涉及的有关技术,计算技术，并行技术,探讨,天文望远镜设计方法,科学目标,技术要求和误差分配,光学系统设计,机械结构设计及分析,自动控制系统设计,观测系统设计,误差分配和技术要求为接口纽带，交流反馈不即时，总体性能难以优化和估价,集成建模,integrated modeling,基于天文望远镜设计中光学系统设计、机械结构设计及分析和自动控制系统设计三大基本模块，建立各自相对独立的计算机模型（一般采用常用软件），并结合传感检测系统和各种环境影响因素的计算机模型，通过编制计算机程序构成一个集成的整体的望远镜模型，经仿真分析得到望远镜各种响应乃至最终成像质量，据此评价望远镜工作性能和优化设计方案。,Motivation&Benefit,在项目执行较早的阶段即可评价望远镜工作性能，直到项目结束,识别影响系统性能的关键因素,从系统层面上来优化和平衡各子系统的设计,从系统层面上来权衡和克服各种干扰因素,寻求更有效的提升望远镜性能的方法，优化设计方案,集成化模型仿真可较真实有效地进行望远镜设计方案,整体性能造价评估和方便迅速地进行优化改进。,简史和现况,可追溯到七十年代提出的虚拟望远镜概念,八十年代到九十年代,ESO VLT,的设计中就指向性能进行了大量研究,简化的集中质量的多自由度的,九十年代中期前后以来开始引入集成化模型仿真技术，北欧提出的,50,米,Euro50,方案，美国提出的,30,米,TMT,，,25,米,NGST,方案，加拿大提出的,20,米,VLOT,方案等等,我国尚处于传统设计方法阶段，其实各部分均有实际经验和基础，也拥有和掌握国际上较为通用的相关软件，缺的是集成。,基本方法和流程,采用,MATLAB/SIMULINK,软件进行各子模型集成和仿真运行,光学设计软件多采用,ZEMAX/Code V,对于含,自适应光学,AO,/,主动光学,ao,拼镜面望远镜，进行波前重建和分解，执行和校正,用有限元分析软件,ANSYS/I-,Deas,来建立望远镜整体结构有限元模型，用来分析外界因素如大气、热、风载、重力和地震等对望远镜的干扰作用，并提取望远镜系统的固有频率和振型,转换和建立为状态空间导入,SIMULINK,进行控制系统仿真,具有完整性和参数化设置功能,具有图形用户界面（,GUI,）,功能结构框图,光学模块,两部分,ZEMAX,光机接口,C-,结构坐标系,M-,光学镜面坐标系,-ZEMAX,T-,转换矩阵,环境因素模型,wind load,一般用,Davenport,谱和,Simiu,谱（风速功率谱）来描述近地面风的运动的模型。用后者：,转换成风压谱：,Wind&Structure in,Simulink,涉及的相关技术,计算机编程技术,软件接口技术,计算技术,并行计算技术,计算机编程,MATLAB/,Simulink,开发,界面规划和开发（,MATLAB GUIDE/VC/VF,）,不同软件的二次开发，不同的数据结构和格式，需编程读出（如,ANSYSUPF-User Programmable Features,PDL-Parametric Design Language),不同软件的调用运行和通信管理,并行计算,:MATLAB,并行化,MIT,Interactive,Supercomputing Parallel MATLAB survey,构成一个总体软件,软件接口技术,M,ATLAB,和光学软件,ZEMAX,之间采用,windows,Dynamic Data,Exchange(DDE,),技术实现接口，光学系统的参数化定义均可采用,MATLAB,导入,ZEMAX,ANSYS,二次开发功能很强，具有自己的类,Fortran,解释语言，并提供高级语言接口和函数。（,UPF/PDL/UIDL-User Interface Design Language,）,还具有批处理行命令功能。,计算技术,各子模型集成为整体模型后，计算规模急剧增大从实用性角度考虑，计算机能力和计算时间要求进行模型简化,有限元分析中,单元划分疏密引起计算规模悬殊，,特别是固有频率和振型（刚度矩阵的特征向量和特征值）的提取耗时,选合适的模型和计算方法,采用状态空间描述机械结构系统所需要截取的,固有,频率和振型的数量涉及到存储空间、仿真精度和计算时间等问题,合适地截取的,固有,频率和振型，凝聚自由度,自适应光学,/,主动光学模块波面检测和重建,并行计算技术,Euro50,-,A Beowulf cluster with 2 masters and 20 nodes,all running,Debian,Linux-MIT MATLAB toolkits,时频的意义上,Q&A,谢谢,!,