一種直流電機(jī)型力促動(dòng)器的電控裝置，涉及天文望遠(yuǎn)鏡主動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)，為了解決現(xiàn)有步進(jìn)電機(jī)作為力促動(dòng)器時(shí)驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，在算法實(shí)現(xiàn)上采用單一的力閉環(huán)控制，采用直流電機(jī)需要配置外部位置傳感器，并且輸出力的精度低、穩(wěn)定性差的問題。其控制方法為：控制系統(tǒng)獲得力設(shè)定值Fr與力反饋值Fb；將Fr與Fb相減后得力誤差值ef，對(duì)ef校正，得力速度設(shè)定值Vr；控制系統(tǒng)將Fb與力反饋值Fb1相減后除以延遲時(shí)間T，得力速度反饋值Vb；將Vr與Vb相減，得差值ev，對(duì)ev進(jìn)行校正后作為電流設(shè)定值Ir；將Ir與Ib相減，得差值電流ei，采用電流控制器對(duì)ei校正后輸出。本發(fā)明專利技術(shù)裝置適用于力促動(dòng)器的控制領(lǐng)域。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及天文望遠(yuǎn)鏡主動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)，具體涉及一種力促動(dòng)器的控制系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
力促動(dòng)器作為大型天文望遠(yuǎn)鏡主動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)中的重要組成部分，它通過施加壓力或拉力實(shí)時(shí)改變主鏡鏡面的形狀，以修正由于重力、溫度和風(fēng)力等因素造成的鏡面形變。為了達(dá)到所需要的面形精度，每個(gè)力促動(dòng)器對(duì)鏡面施加力的精度要求達(dá)到毫牛頓級(jí)(mN)，并且要求的輸出力在幾分鐘甚至十幾分鐘的時(shí)間內(nèi)具有很高的穩(wěn)定性。這種技術(shù)解決了大型天文望遠(yuǎn)鏡主鏡面的制造難題，但對(duì)控制系統(tǒng)提出了非常高的要求。現(xiàn)有力促動(dòng)器按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同，可分為直流電機(jī)型和步進(jìn)電機(jī)型兩種。一般直流電機(jī)型力促動(dòng)器需要配置位置傳感器，以便進(jìn)行電機(jī)位置、速度調(diào)節(jié)，例如VST望遠(yuǎn)鏡主動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)中的力促動(dòng)器安裝有LVDT位置傳感器，VLT望遠(yuǎn)鏡中的力促動(dòng)器安裝有編碼器，這兩種方式無疑增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度；所述步進(jìn)電機(jī)型力促動(dòng)器充分利用步距角可細(xì)分控制的優(yōu)點(diǎn)，無需外部位置傳感器即可實(shí)現(xiàn)力促動(dòng)器輸出力的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，但由于步進(jìn)電機(jī)本身的控制及驅(qū)動(dòng)方式，也決定了該系統(tǒng)具有連線多、驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜的缺點(diǎn)，例如在中國(guó)專利技術(shù)專利申請(qǐng)?zhí)枮?1113669. 3，公開號(hào)(公告號(hào))CN1343898，《大型天文望遠(yuǎn)鏡中力促動(dòng)器的電控系統(tǒng)》的說明書中，提出了一種大型天文望遠(yuǎn)鏡中力促動(dòng)器的電控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用的就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且該步進(jìn)電機(jī)型力促動(dòng)器的控制采用開環(huán)控制，或者是簡(jiǎn)單的力閉環(huán)控制，另外，在中國(guó)專利技術(shù)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00510094193. 2，公開號(hào) (公告號(hào))CN1752791，《大型天文望遠(yuǎn)鏡中力促動(dòng)器的智能控制系統(tǒng)》的說明書中，提出了一種包括控制系統(tǒng)軟件在內(nèi)的大型天文望遠(yuǎn)鏡中力促動(dòng)器的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)仍采用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在算法實(shí)現(xiàn)上采用的也是單一的力閉環(huán)控制，且使用簡(jiǎn)單的比例控制器，但是采用這種控制策略對(duì)系統(tǒng)中存在的非線性以及外界擾動(dòng)的抑制是有限的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)為了解決現(xiàn)有步進(jìn)電機(jī)作為力促動(dòng)器時(shí)驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，在算法實(shí)現(xiàn)上采用單一的力閉環(huán)控制，采用直流電機(jī)需要配置外部位置傳感器，并且輸出力的精度低、穩(wěn)定性差的問題，提供一種直流電機(jī)型力促動(dòng)器的電控裝置。一種直流電機(jī)型力促動(dòng)器的電控裝置，包括通信單元、通信單元、控制系統(tǒng)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、傳感器接口、直流電機(jī)接口、數(shù)字接口 ；它還包括力采集單元、功率放大器、電流控制器和電流采樣單元；所述控制系統(tǒng)輸入端分別與通信單元的輸出端、數(shù)字接口的輸出端、功率放大器4的輸入端和力采集單元的輸出端連接；控制系統(tǒng)分別通過通信單元讀取力設(shè)定值，通過力采集單元讀取力反饋值對(duì)其進(jìn)行操作，通過數(shù)字接口讀取力促動(dòng)器的輸出力的限位狀態(tài)信息；數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端與控制系統(tǒng)的輸出端連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器將控制系統(tǒng)輸出的電流設(shè)定值由數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以提供給電流控制器；所述電流控制器的輸出端與功率放大器的輸入端連接，功率放大器的輸出端分別與直流電機(jī)接口和電流采樣單元連接；所述電流采樣單元用來采集電流控制器提供的電流反饋值，所述電流控制器還用來控制直流電機(jī)的電樞電流，保證電流的快速、穩(wěn)定輸出，提高力矩剛度，同時(shí)抑制外界擾動(dòng)；功率放大器用來將電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大，以驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；數(shù)字接口的輸出端與功率放大器的另一個(gè)輸入端連接，數(shù)字接口用來接入力促動(dòng)器的限位狀態(tài)信息，保證力促動(dòng)器在到達(dá)限位位置后，及時(shí)停止直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，避免力促動(dòng)器的輸出力超出規(guī)定的安全范圍； 所述力采集單元的輸入端與傳感器接口連接，力采集單元通過傳感器接口獲得力促動(dòng)器的輸出力；傳感器接口與電源模塊連接。本專利技術(shù)的有益效果本專利技術(shù)針對(duì)直流電機(jī)型力促動(dòng)器采用的控制方法及電控裝置，無需使用額外的位置傳感器，同時(shí)降低了力促動(dòng)器電控系統(tǒng)的復(fù)雜度，有效的提高了力促動(dòng)器的控制精度和穩(wěn)定性，本專利技術(shù)采用三閉環(huán)的控制策略對(duì)力促動(dòng)器本身具有的非線性及外界擾動(dòng)起到了抑制作用。附圖說明圖1是本專利技術(shù)控制方法原理圖；圖2為本專利技術(shù)電控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、力控制器，2、力速度控制器，3、電流控制器，4、功率放大器，5、除法單元，6、 電流采集單元，7、延遲單元，8、力采集單元，8-1、模擬信號(hào)調(diào)理單元，8-2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，9、力促動(dòng)器，9-1、直流電機(jī)，9-2、LoadCell (力傳感器)，10、通信接口，11、電源接口，12、串行通信轉(zhuǎn)換器，13、電源濾波器，14、穩(wěn)壓電源，15、傳感器接口，16、控制系統(tǒng)，17、數(shù)字接口，18、 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，19、直流電機(jī)接口，20、通信單元，21、電源模塊。具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式一結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，一種直流電機(jī)型力促動(dòng)器的控制方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一控制系統(tǒng)16獲得力設(shè)定值Fr ；步驟二 將力采集單元8輸出的力反饋值Fb送入控制系統(tǒng)16 ；步驟三將步驟一獲得的力設(shè)定值Fr與步驟二獲得的力反饋值Fb進(jìn)行減法操作， 獲得力誤差值ef，采用控制系統(tǒng)16中的力控制器1對(duì)所述力誤差值ef進(jìn)行校正，并將校正結(jié)果作為控制系統(tǒng)16中的力速度控制器2的力速度設(shè)定值Vr ；步驟四控制系統(tǒng)16將步驟二獲得的力反饋值Fb與經(jīng)過延遲單元7獲得的力反饋值Fbl相減，然后將相減后獲得的結(jié)果除以延遲單元7產(chǎn)生的延遲時(shí)間T，獲得力速度反饋值Vb ；步驟五將步驟三獲得的力速度設(shè)定值Vr與步驟四獲得的力速度反饋值Vb進(jìn)行減法操作，獲得差值ev，采用控制系統(tǒng)16中的力速度控制器2對(duì)所述差值ev進(jìn)行校正，并將校正結(jié)果作為直流電機(jī)9-1的電流設(shè)定值Ir ； 步驟六將步驟五獲得的直流電機(jī)9-1的電流設(shè)定值Ir與電流采樣單元6獲得的電流反饋值Λ進(jìn)行減法操作，獲得差值電流ei，采用電流控制器3對(duì)所述差值電流ei進(jìn)行校正，采用功率放大器4對(duì)校正后的結(jié)果進(jìn)行放大，控制直流電機(jī)9-1的旋轉(zhuǎn)，對(duì)力促動(dòng)器9進(jìn)行控制。 本實(shí)施方式所述力控制器1、力速度控制器2和電流控制器3采用的是比例-積分控制器或者純比例控制器；所述的電流采樣單元6由高精度電流采樣電阻和運(yùn)算放大器組成；所述的力采集單元8用來采集LoadCell 9_2輸出的力信號(hào)，電流采樣單元6用來測(cè)量直流電機(jī)9-1的電樞電流。本實(shí)施方式中的力控制、力速度控制和電流控制均通過閉環(huán)控制的方式自動(dòng)完成，其中，力控制器1、力速度控制器2和電流控制器3可以在數(shù)字控制器中通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，其中，電流控制器3可以通過硬件電路實(shí)現(xiàn)；所述的力速度反饋值Vb不需要額外的傳感器，只需要一個(gè)產(chǎn)生固定延遲時(shí)間的延遲單元7，將當(dāng)前力反饋值1 與延遲采集的力反饋值相減，再除以延遲時(shí)間T，獲得力速度反饋值Vb，這種方法省卻了現(xiàn)有技術(shù)中的位置型傳感器，同時(shí)便于數(shù)字實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)施方式二 結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，用于實(shí)現(xiàn)本實(shí)施方式的一種直流電機(jī)型力促動(dòng)器的控制方法的電控裝置，包括通信單元20、電源模塊21、控制系統(tǒng)16、數(shù)模轉(zhuǎn)換器18、傳感器接口 15、直流電機(jī)接口 19、數(shù)字接口 17 ；它還包括力采集單元8、功率放大器4、電流控制器3和電流采樣單元6 ；所述控制系統(tǒng)16輸入端分別與通信單元20的輸出端、數(shù)字接口 17的輸出端、功率放大器4的輸入端和力采集單元8的輸出端連接；控制系統(tǒng)16分別通過通信單元20讀取力設(shè)定值，通過力采集單元8讀取力反饋值對(duì)其進(jìn)行操作，通過數(shù)字接口 17讀取輸出力的限位狀態(tài)信息；控制系統(tǒng)16的輸出本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王帥，張斌，李洪文，陰玉梅，張麗敏，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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