2m望远镜主轴交流伺服控制系统设计

为了满足2m口径望远镜低速跟踪精度的要求,本文主要介绍了基于永磁同步力矩电机的望远镜交流伺服控制系统设计方法,首先,辨识出了系统结构的频率特性曲线;其次,根据系统的频率特性曲线设计了结构滤波器,以减小结构模态引起的谐振幅值;然后,根据系统的控制性能指标要求,设计了位置回路控制器和前馈控制器,以提高系统的位置跟踪性能;最后,在设计的硬件平台上进行了望远镜转台的低速控制实验。实验结果显示,当望远镜跟踪斜率为0.36″/s的位置斜坡曲线时,速度平稳性较好,位置跟踪误差RMS为0.006 1″,实现了极低速度跟踪的效果;在速度为5°/s,加速度为2°/s2条件下的正弦引导最大误差值为0.3″,稳态误差RMS值为0.066″。实验结果表明,2m口径望远镜交流伺服系统的设计满足了系统跟踪精度的要求,为大型望远镜交流伺服控制系统的设计提供了一定的参考。     

大口径望远镜跟踪架的结构研究

望远镜的跟踪架是望远镜的一个重要组成部分.本文简述跟踪架的两种基本结构赤道式和地平式,并详细介绍地平式结构,以及地平式结构在南天体物理研究望远镜(SOAR)和麦哲伦望远镜(Magellan 1)中的应用.     

基于分段弧形永磁同步电机的4m望远镜控制系统

为了满足4 m望远镜控制系统的驱动能力和跟踪精度要求,本文介绍了基于分段弧形永磁同步电机的望远镜伺服控制系统设计方法。首先,介绍了基于分段弧形永磁同步电机的控制系统组成;其次,给出了望远镜伺服系统的控制模型辨识方法;然后,为了实现望远镜大角度调转和小角度阶跃过程中,系统位置响应快速、无超调,设计了基于系统最大速度和加速度信息的位置指令整形算法;最后,介绍了望远镜控制系统的位置和速度控制策略,并进行了望远镜的跟踪控制实验。实验结果显示,当望远镜进行10°的大位置调转和0.2°的小位置阶跃时,伺服系统能够快速、无振荡地到达指定位置;望远镜在10 (°)/s速度和3 (°)/s^2加速度条件下的正弦引导误差最大值为2.636″,稳态误差RMS值为0.673″。实验结果表明,所设计的基于分段弧形永磁同步电机的伺服控制系统能够满足4 m望远镜驱动和跟踪精度的要求,为下一代大口径望远镜控制系统的设计提供了参考。     

2 m望远镜塔台的构建

分析了国内外地基大口径望远镜的站址选择和塔台建设,对2m口径望远镜的塔台建设进行了研究。首先,讨论了望远镜的视宁度和塔台高度之间的关系,通过对该望远镜所在地的大气视宁度等因素的衡量,确定塔台高度为13m。然后,根据Φ2m级口径望远镜塔台建设的需求,建立了计算机仿真模型,采用有限元软件Ansys进行仿真分析,提出了一种载荷为30t的情况下,谐振频率达到30Hz,并且能够承受5级地震灾害和一定风载的塔台和地基建设方案。分别采用谱分析和随机振动的方法研究了设计的塔台在地震、风载等自然条件下的响应,结果证明该方案能满足Φ2m级口径望远镜的站址建设要求并对下一步开展的Φ4m级口径地基大口径望远镜的塔台和地基建设具有参考作用。     

《地基光电望远镜技术》专题文章导读：光电跟踪伺服系统的频率特性测试与模型辨识

基于光电跟踪伺服系统全数宁化的特点．提出了一种新型频率特性测试方法．并对该方法所使用的激励信号、数据采集方式、幅值和相位提取算法、模型辨识算法进行了研究。利用数字运动控制器产生离散的正弦扫频信号,同时采集响应信号并存储在磁盘上,对其进行测试后．将文件导入Matlab进行数据预处理;然后,采用桐关分析方法计算输入输出信号的幅度比和相位差;最后,利用递阶辨识算法将测量得到的数据转化为高精度的传递函数。实验结果表明,测试信号基本可以覆盖伺服控制系统的频带宽度,在系统的中频段可以获得幅度±0．5dB和相位±1°的辨识精度,在高频段也可以使用双二节滤波器拟合出机械谐振频率,证明了该方法的有效性和实用性。     

1m望远镜俯仰轴系精度分析

望远镜俯仰轴系承载着主光学系统和部分探测分系统,其轴系随机晃动值的大小直接影响望远镜最终的使用性能.为了提高其轴系精度和改进其轴系结构,以1m望远镜为例,讨论了俯仰轴系中存在各项误差,并定量分析了由构成轴系零件的形住误差造成的轴系在回转运动时的晃动误差,得到结构变形是轴系精度的最主要因素.通过1m望远镜的检测结果来看对1m望远镜俯仰轴系的精度分析和结构设计是合理的.     

2 m环形地基太阳望远镜系统杂散光分析

为分析2 m环形地基太阳望远镜系统的杂散光,对该系统光机结构进行杂散光仿真模拟。基于Tracepro软件建立2 m环形地基太阳望远镜系统的光机模型,对光机组件进行光线追迹,着重分析了系统主镜、次镜、光阑面、主镜室前表面以及桁架等组件一次散射,使用点源透过率计算方法得到系统点源透过率(PST)曲线。结果表明,当离轴角θ≥5′时,系统PST≤1.728×10~(-4),2 m环形地基太阳望远镜可以较好地满足对太阳磁场高分辨率成像的需求,系统观测不会受到杂散光的影响。     

极轴式望远镜光电跟踪架结构设计

极轴式望远镜没有天顶盲区,理论上,只要控制一个轴,就可以观测所有天区,控制比较容易,这使得在天文观测中,许多望远镜都采用极轴形式。对研制的极轴式望远镜跟踪架结构进行了较为详细的论述,特别是光学系统、赤纬和赤经系统与以往的极轴式望远镜有很大的不同。Whiffle-Tree主镜支撑结构,赤经系统轴向止推和径向支承复合轴系,在国内大型望远镜上首次应用。     

光电经纬仪跟踪架谐振频率分析

阐述光电经纬仪跟踪架谐振频率对系统稳定运转的重要影响,指出计算跟踪架谐振频率的重要性。以某一型号的光电经纬仪跟踪架为例,推导计算其谐振频率的公式,得到了计算结果,并与实验测定结果进行比较,证明计算方法的正确性。最后探讨改善跟踪架整机谐振频率的方法。     

结构滤波器在望远镜主轴控制系统中的应用

为了提高望远镜控制系统的闭环带宽和动态性能,研究了结构滤波器对控制系统闭环性能的影响。根据望远镜机械跟踪架的弹簧质量模型推导了系统的传递函数,分析了电机和负载转动惯量与谐振频率的关系,设计了基于系统开环频率特性的结构滤波器。将设计的结构滤波器串联入控制回路,用于减小机械谐振的幅值。介绍了结构滤波器的设计方法,以及加入结构滤波器后对控制系统闭环性能的影响。最后,在2m望远镜跟踪架转台上进行了验证实验。结果表明,加入结构滤波器后系统的闭环带宽由10Hz提高到了13 Hz,有效地抑制了速度的稳态谐振,提高了望远镜控制系统的速度跟踪性能。得到的实验结果验证了结构滤波器能够有效地提高系统的动态性能。     

基于MatLab的天文望远镜电机调速系统的仿真与分析

针对电机的控制在天文望远镜中占有很大的比重,基于MatLab对天文望远镜电机调速系统进行建模、分析与仿真,并对仿真结果进行了分析。通过仿真,可以直观、快速地分析系统的性能,并能灵活改变系统的结构和参数,以达到系统的优化设计。     

应用Lon Works现场总线技术的索网反射面控制系统设计

提出基于Lon Works现场总线的大射电望远镜索网反射面节点控制方法,节点控制器采用嵌入式技术设计。该系统使用32位ARM微处理器AT91RM9200与神经元芯片Neuron3120xx,以主从CPU的形式构成节点控制器,实现对现场数据的处理和电动机的控制。系统具有网络节点分布灵活、节点容量大、控制实时性好,能很好地满足大射电望远镜索网反射面的节点控制要求。     

一种视差的自动检测方法

介绍了一种用 CCD摄像器件测量望远系统视差的新方法。该方法取代人眼主观判断 ,自动化、数字化程度比较高。并可与计算机连接 ,实现自动控制、数字显示。该方法符合光学性能数字化检测的发展方向 ,并且具有较高的测量精度。     

基于扰动力矩观测器的大口径望远镜低速控制

为了增强大口径望远镜跟踪架伺服控制系统的抗扰动性能,提高其低速跟踪精度,提出了基于扰动力矩观测器的力矩补偿方法。该方法采用改进的加减速法控制转台的加减速时间,使得望远镜转台微震;通过测量电机的速度和电流响应曲线,辨识获得望远镜转台的转动惯量。然后,设计了望远镜转台的加速度估计器,根据编码器位置反馈数据,采用双积分和PD控制的方法,估计出当前系统的加速度。最后,基于转动惯量辨识和加速度估计,设计了扰动力矩观测器,根据电机的电流和转台的加速度,计算出外部的扰动力矩,并将扰动前馈补偿到电流控制器的输入端,以修正电流输入参考值。在2m望远镜控制系统中对扰动观测器的性能进行了实验验证,结果表明,加入扰动力矩观测器补偿后,在跟踪斜率为0.36(″)/s的位置斜坡时,跟踪误差值(RMS)由0.012 7″减小到0.007 3″;相比未加入扰动力矩观测器的补偿方法,望远镜的低速跟踪抖动明显减小,提高了伺服系统的低速跟踪精度,实现了对目标的平滑、稳定跟踪。     

光电跟踪伺服系统的频率特性测试与模型辨识

基于光电跟踪伺服系统全数字化的特点,提出了一种新型频率特性测试方法。对该方法所使用的激励信号、数据采集方式、幅值和相位提取算法、模型递阶辨识算法进行了研究。首先利用数字运动控制器产生离散的正弦扫频信号,同时采集响应信号并存储在磁盘上;测试完毕,将文件传给PC机,利用Matlab进行数据处理,采用谱分析或者相关分析的方法计算输入输出信号的幅度比和相位差,最后利用递阶辨识算法将测量得到的数据转化为高精度的传递函数。应用结果表明：该方法简单快捷,成本低,测试精度高,具有重要的工程应用价值。     

大型射电望远镜数字孪生系统架构设计与应用

为提高大型射电望远镜的自动化管理程度、增强其运维的实时性和操控的交互性,参考数字孪生经典理论模型,提出一种以智能感知为基本处理单元的数字孪生系统实时操控模型,并对其关键技术进行了阐述.以500 m口径球面射电望远镜(中国天眼)为应用案例设计开发了中国天眼数字孪生系统,并对其中的虚拟三维模型创建、数据的智能感知以及虚拟模...     

光电望远镜伺服系统速度环的自抗扰控制

针对大口径光电望远镜惯量大、存在摩擦非线性的特点,设计了自抗扰控制器以改善伺服系统的速度响应特性.介绍了自抗扰控制器的工作原理和基本结构,给出了控制器参数的选择依据,并仿真分析了各个参数的作用效果.最后,在实际望远镜转台上和常规PID控制器进行了对比实验.结果表明,采用自抗扰控制器,既可以实现大速度阶跃响应快速无超调,...