基于分段弧形永磁同步力矩电机的望远镜控制系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于分段弧形永磁同步力矩电机的望远镜控制系统，属于望远镜控制系统领域。该系统包括主控计算机单元、主控制器单元、电机驱动器单元、分段弧形电机单元和钢圈编码器单元；所述的主控计算机单元根据观测向望远镜主控制器单元发送控制指令，主控制器单元根据控制指令和钢圈编码器单元的反馈位置信息完成位置回路和速度回路的运算，然后将电机的参考力矩值平均发送到电机驱动器单元，电机驱动器单元完成6段弧形永磁同步力矩电机的空间矢量控制和同步运行，在电机运行过程中主控制器单元向主控计算机单元反馈系统运行状态信息，以完成望远镜对空间目标的观测和跟踪。本发明专利技术的望远镜控制系统具有集成度高、通用性强、控制灵活的特点。

Telescope control system based on segmented arc permanent magnet synchronous motor

The invention provides a telescope control system based on a segmented arc permanent magnet synchronous motor. The computer system includes a main control unit, main control unit, motor drive unit, a motor unit and a rim section arc-shaped encoder and the main control unit; the computer unit according to the observation to the telescope main controller unit sends the control command to the main controller unit according to the control instruction and steel encoder unit position feedback information of position loop and velocity loop the operation, and then the motor torque reference average value is sent to the motor drive unit, motor drive unit complete space vector control and synchronous operation of permanent magnet torque motor 6 arc, the main controller in the operation of the motor unit to the main control computer unit feedback information of the running state of the system, in order to complete the telescope for space target observation and tracking. The telescope control system of the invention has the advantages of high integration, strong versatility and flexible control.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于望远镜控制系统领域，具体涉及一种基于分段弧形永磁同步力矩电机的望远镜控制系统。
技术介绍
随着空间目标观测需求的提高，大口径望远镜应运而生，比较典型的望远镜有8.2米口径的VLT，10米口径的Keck，10.4米口径的GTC等。随着望远镜口径的增大，对驱动控制系统提出了更高的要求，传统的整装式永磁同步力矩电机无法满足大口望远镜驱动系统的安装、运输、维护等要求。分段弧形永磁同步力矩电机以其控制精度高、安装和维护方便的优点，成为大口径望远镜驱动执行机构的首选。因此，设计基于分段弧形永磁同步力矩电机的望远镜控制系统具有重要的意义。申请号201010017278.1公开了“一种大型天文望远镜弧线电机驱动及控制方法”，上述专利技术专利申请均针对一段弧线永磁同步力矩电机的驱动控制进行说明的，重点阐述了驱动、控制器机构的硬件结构和电路设计，但是并未对整个望远镜多段弧形电机的控制进行说明，没有给出完整的一个多段弧形电机的控制系统方案，并且给出的弧线电机控制技术属于常规的永磁同步电机矢量控制技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于分段弧形永磁同步力矩电机的望远镜控制系统，以满足大口径望远镜驱动控制系统低速、高精度控制的需要。本专利技术提供一种基于分段弧形永磁同步力矩电机的望远镜控制系统，该系统包括主控计算机单元、主控制器单元、电机驱动器单元、分段弧形电机单元和钢圈编码器单元；所述的主控计算机单元与主控制器单元相连接，主控计算机单元接收主控制器单元的望远镜状态反馈信息，并通过界面实时显示系统的状态信息；同时主控制计算机单元向主控制器单元发送控制指令，操纵望远镜对空间目标进行观测；所述的主控制器单元与主控计算机单元、电机驱动器单元和钢圈编码器单元连接，所述的主控制器单元接收主控计算机单元的控制指令和钢圈编码器单元的位置反馈信息，根据控制指令和位置信息，完成望远镜位置回路和速度回路的双闭环控制，然后将速度控制器输出的力矩参考值平均分配到电机驱动器单元上；所述的电机驱动器单元与主控器单元、分段弧形电机单元和钢圈编码器单元连接，电机驱动器单元接收主控制器单元的力矩指令，根据钢圈编码器单元位置信息完成电流控制器运算和电机磁极换向，并进行功率变换，控制分段弧形电机单元保持同步运行；所述的分段弧形电机单元由温度保护电阻、6段弧形电机定子和圆形永磁体组成，分段弧形电机单元与电机驱动器单元和钢圈编码器单元连接；所述的钢圈编码器单元与主控制器单元和电机驱动器单元连接。优选的是，所述的主控计算机单元通过RS422通信方式接收来主控制器单元的望远镜状态反馈信息。优选的是，所述的主控制器单元是由微型处理器DSP-TMS320C28346、高速FPGA-EP3C55F484和5路RS422通信接口组成。优选的是，所述的位置和速度回路的采样频率均为1kHz。优选的是，所述的电机驱动器单元包括控制器和功率放大器，控制器接收来自主控制器单元的力矩指令，根据钢圈编码器单元位置信息完成电流控制器运算和电机磁极换向，通过功率放大器进行功率变换，控制分段弧形电机单元保持同步运行。优选的是，所述的钢圈编码器单元是由圆光栅和读数头组成的32位绝对式编码器。本专利技术的有益效果本专利技术提供一种基于分段弧形永磁同步力矩电机的望远镜控制系统，该系统包括主控计算机单元、主控制器单元、电机驱动器单元、分段弧形电机单元和钢圈编码器单元；所述的主控计算机单元根据观测需要通过RS422通信接口向望远镜主控制器单元发送控制指令，主控制器单元根据控制指令和钢圈编码器单元的反馈位置信息，以1kHz的采用频率完成位置回路和速度回路的运算，然后通过RS422通信方式将电机的参考力矩值平均发送到电机驱动器单元，电机驱动器单元根据力矩参考值和编码器信息以15kHz的频率完成6段弧形永磁同步力矩电机的空间矢量控制和同步运行，在电机运行过程中主控制器单元不断向主控计算机单元反馈系统运行状态信息，以完成望远镜对空间目标的观测和跟踪。本专利技术的望远镜控制系统实现了基于分段弧形永磁同步力矩电机的集成控制，适用于大口径望远镜跟踪架的精密跟踪控制系统，具有集成度高、通用性强、控制灵活的特点。附图说明图1为本专利技术一种基于分段弧形永磁同步力矩电机的望远镜控制系统的原理框图。图2为本专利技术一种基于分段弧形永磁同步力矩电机的望远镜控制系统的电机驱动器单元的原理框图。图3为本专利技术一种基于分段弧形永磁同步力矩电机的望远镜控制系统的钢圈编码器的原理框图。图4为本专利技术一种基于分段弧形永磁同步电机的望远镜控制系统的分段弧形电机原理图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，一种基于分段弧形永磁同步力矩电机的望远镜控制系统，包括主控计算机单元、主控制器单元、电机驱动器单元、分段弧形电机单元和钢圈编码器单元；所述的主控计算机单元与主控制器单元相连接，主控计算机单元通过RS422通信方式接收来主控制器单元的望远镜状态反馈信息，并通过界面实时显示系统的状态信息；同时，主控制计算机单元还通过RS422通信端口向主控制器单元发送控制指令，操纵望远镜对空间目标进行观测；所述的主控制器单元与主控计算机单元、电机驱动器单元和钢圈编码器单元连接，所述的主控制器单元是由高性能的微型处理器DSP-TMS320C28346和高速FPGA-EP3C55F484和5路RS422通信接口组成，所述的主控制器单元接收主控计算机单元的控制指令和钢圈编码器单元的位置反馈信息，主控制器单元根据钢圈编码器单元信息完成望远镜位置回路和速度回路的双闭环控制，通过RS422通信的方式将最终的力矩参考值平均发送到6个电机驱动单元，其中位置和速度回路的采样频率均为1kHz；所述的电机驱动器单元如图2所示，所述的电机驱动器单元与主控器单元、分段弧形电机单元和钢圈编码器单元连接，所述的电机驱动器单元包括控制器和功率放大器，控制器具有6路较高的电流采集能力和完善的故障保护功能，高性能的DSP以15kHz的频率完成电机电流的空间矢量控制，高速FPGA完成SVPWM控制波形的产生、电机相电流和电源母线电压的采集、编码器数据的采集以及故障保护逻辑，功率放大部分由智能功率模块和可调直流电源组成。如图1所示，望远镜的方位轴电机由6段弧形定子组成，对径的定子由1个电机驱动器进行控制，因此总共需要3个驱动器。每个电机驱动器通过RS422通信的方式接收来自主控制器的力矩指令，根同时据编码器位置信息完成电流控制器运算和电机磁极换向，最后通过功率放大器进行功率变换，控制每段弧形电机以保持同步运行；所述的分段弧形电机单元与电机驱动器单元和钢圈编码器单元连接；所述的分段弧形电机单元如图4所示，如图4中的a图所示，所述的分段弧形电机单元由温度保护电阻、1个圆形永磁体1和6段弧形定子2组成，温度保护电阻接入电机驱动单元作为电机的过温保护。每段弧形定子形状如图4中的b所示，它有上下两片线圈组成，在机械安装时转子永磁体需要保证定子的U形磁场的均匀性，从而减小电机的力矩波动，提高望远镜伺服系统的控制精度。如图1所示，对径的弧段1和弧段6由电机驱动器1进行控制，对径的弧段3和弧段4由电机驱动器2进行控制，对径的弧段2和弧段5由电机驱动器3进行控制，6个弧段的同步运行是由机械安装角度信信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分段弧形永磁同步力矩电机的望远镜控制系统，其特征在于，该系统包括主控计算机单元、主控制器单元、电机驱动器单元、分段弧形电机单元和钢圈编码器单元；所述的主控计算机单元与主控制器单元相连接，主控计算机单元接收主控制器单元的望远镜状态反馈信息，并通过界面实时显示系统的状态信息；同时主控制计算机单元向主控制器单元发送控制指令，操纵望远镜对空间目标进行观测；所述的主控制器单元与主控计算机单元、电机驱动器单元和钢圈编码器单元连接，所述的主控制器单元接收主控计算机单元的控制指令和钢圈编码器单元的位置反馈信息，根据控制指令和位置信息，完成望远镜位置回路和速度回路的双闭环控制，然后将速度控制器输出的力矩参考值平均分配到电机驱动器单元上；所述的电机驱动器单元与主控器单元、分段弧形电机单元和钢圈编码器单元连接，电机驱动器单元接收主控制器单元的力矩指令，根据钢圈编码器单元位置信息完成电流控制器运算和电机磁极换向，并进行功率变换，控制分段弧形电机单元保持同步运行；所述的分段弧形电机单元由温度保护电阻、6段弧形电机定子和圆形永磁体组成，分段弧形电机单元与电机驱动器单元和钢圈编码器单元连接；所述的钢圈编码器单元与主控制器单元和电机驱动器单元连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于分段弧形永磁同步力矩电机的望远镜控制系统，其特征在于，该系统包括主控计算机单元、主控制器单元、电机驱动器单元、分段弧形电机单元和钢圈编码器单元；所述的主控计算机单元与主控制器单元相连接，主控计算机单元接收主控制器单元的望远镜状态反馈信息，并通过界面实时显示系统的状态信息；同时主控制计算机单元向主控制器单元发送控制指令，操纵望远镜对空间目标进行观测；所述的主控制器单元与主控计算机单元、电机驱动器单元和钢圈编码器单元连接，所述的主控制器单元接收主控计算机单元的控制指令和钢圈编码器单元的位置反馈信息，根据控制指令和位置信息，完成望远镜位置回路和速度回路的双闭环控制，然后将速度控制器输出的力矩参考值平均分配到电机驱动器单元上；所述的电机驱动器单元与主控器单元、分段弧形电机单元和钢圈编码器单元连接，电机驱动器单元接收主控制器单元的力矩指令，根据钢圈编码器单元位置信息完成电流控制器运算和电机磁极换向，并进行功率变换，控制分段弧形电机单元保持同步运行；所述的分段弧形电机单元由温度保护电阻、6段弧形电机定子和圆形永磁体组成，分段弧形电机单元与电机驱动器单元和钢圈编码器单元连接；所述的钢圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永停，李洪文，王建立，王帅，刘洋，
申请(专利权)人：国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22