一种力促动器的控制系统和控制方法技术方案

本发明专利技术实施例公开一种力促动器的控制系统和相应的控制方法。该控制系统包括用于接收期望力值信号和实际力值信号且输出计算旋转角度信号的力环控制器，与力环控制器连接、用于接收计算旋转角度信号和实际旋转角度信号且输出旋转控制信号的位置环控制器，与位置环控制器连接、用于接收旋转控制信号的电机驱动器，电机驱动器按照旋转控制信号驱动电机旋转，将电机的旋转运动转换成直线运动进而校正天文望远镜的主镜面形的机械传动结构。本发明专利技术实施例公开的控制系统采用双闭环控制器，有效地提高了控制精度，进而确保了天文望远镜的成像质量。

【技术实现步骤摘要】
一种力促动器的控制系统和控制方法
本专利技术涉及天文望远镜主动光学系统的
，具体涉及一种力促动器的控制系统及其相应的控制方法。
技术介绍
天文望远镜的口径越大，获取的天体信息就越多，因此，建造巨大口径天文望远镜一直是天文学家不断追求的目标。随着天文望远镜的口径增大，天文望远镜的镜面重力变形和热变形问题也随之增大，导致天文望远镜的像质变差。为了适应天文望远镜的大口径发展趋势，主动光学技术迅速发展并逐渐成熟。主动光学技术通过检测天文望远镜的波前像差，采用主动元件来实现复杂外界因素下主镜的面形保持或校正，使天文望远镜始终保持优秀的成像质量。主动光学技术不仅可以用来承受主镜的重力，同时还能够实时校正由于制造误差、弹性变形和温度梯度等外部因素所引起的面形误差，以减轻望远镜主镜质量、缩短研磨周期及降低造价，环境适应性强。力促动器作为天文望远镜主动光学技术中的重要组成部分，它通过施加压力或拉力实时改变主镜镜面的形状，以修正由于重力、温度等因素造成的镜面变形。力促动器在主动光学技术中既是定位支撑机构，也是校正镜面面形的执行机构。目前，常用的力促动器包括机电式力促动器、液压式力促动器和气动式力促动器。液压式力促动器通过调节精密阀门的流量来调节输出力的大小，结构和控制相对复杂，且液压结构的液体泄露会造成主镜等元器件的污染。气动式力促动器也是通过调节精密阀门的流量来调节输出力的大小，结构和控制相对复杂。机电式力促动器结构简单、控制方便且成本较低，是目前主流应用的力促动器。力促动器的控制精度会直接影响天文望远镜的成像质量。因此，针对机电式力促动器，目前需要提供一种对力促动器具有高精度的控制系统或控制方法，以保证天文望远镜的成像质量。
技术实现思路
针对现有机电式力促动器的控制系统或控制方法的精度问题，本专利技术实施例提出一种力促动器控制系统，该控制系统包括外环力环控制器和内环位置环控制器，采用双闭环控制器，有效地提高了控制精度，进而确保了天文望远镜的成像质量。该力促动器的控制系统的具体方案如下：一种力促动器的控制系统包括力环控制器，用于接收期望力值信号和实际力值信号且输出计算旋转角度信号；位置环控制器，与所述力环控制器连接，用于接收所述计算旋转角度信号和实际旋转角度信号且输出旋转控制信号；电机驱动器，与所述位置环控制器连接，用于接收所述旋转控制信号；电机，与所述电机驱动器连接，所述电机驱动器按照所述旋转控制信号驱动所述电机旋转；机械传动结构，用于将所述电机的旋转运动转换成直线运动，进而校正天文望远镜的主镜面形。优选地，所述控制系统还包括力传感器，所述力传感器用于检测所述机械传动结构的实际力值信号。优选地，所述控制系统还包括采集卡，用于采集所述力传感器所检测到的实际力值信号。优选地，所述控制系统还包括编码器，所述编码器用于获取所述电机的实际旋转角度信号。优选地，所述机械传动结构包括丝杠和螺母，所述电机带动所述丝杠旋转、所述螺母与所述丝杠配合并将所述丝杠的旋转运动转变成直线运动。优选地，所述机械传动结构还包括联轴器和减速器，所述联轴器一端和所述电机连接、另一端与所述减速器连接，所述减速器一端与联轴器连接、另一端与丝杠连接。优选地，所述力环控制器的输入信号为所述期望力值信号和所述实际力值信号的差值。优选地，所述位置环控制器为所述计算旋转角度信号和所述实际旋转角度信号的差值。本专利技术还提供一种与上述力促动器的控制系统相对应的一种力促动器的控制方法。该力促动器的控制方法的具体技术方案如下：一种力促动器的控制方法包括步骤：设计力环控制器和位置环控制器，并确定所述力环控制器和所述位置环控制器中的相关参数；将期望力值信号和实际力值信号输入所述力环控制器，所述力环控制器计算输出计算旋转角度信号；将所述计算旋转角度信号和电机的实际旋转角度信号输入所述位置环控制器，所述位置环控制器计算输出旋转控制信号；将所述旋转控制信号作为电机驱动器的输入，所述电机驱动器根据所述旋转控制信号驱动电机旋转；所述电机旋转带动机械传动结构运转，机械传动结构将所述电机的旋转运动转换成直线运动，进而校正天文望远镜的主镜面形。优选地，当所述期望力值信号等于所述实际力值信号时，所述控制方法停止闭环控制。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：本专利技术实施例提供一种力促动器的控制系统及其相应的控制方法。该控制系统中包括外环力环控制器和内环位置环控制器，通过采用双闭环控制器使得整个控制系统的动态响应快、超调量小，从而具有较好的动态特性。进一步地，内环位置环控制器能抑制控制系统内部各个环节扰动的影响，增强外环力环控制器的抗扰动能力，有利于提高力促动器的控制系统的精度。分别由内环位置环控制器和外环力环控制器来调整位置和力，可分别对位置环控制器和力环控制器的参数进行调整，便于实际工程实践。位置环控制器和力环控制器的设计过程，通过事先理论推导且试验验证控制器的参数，从而实现更高的控制精度。在该实施例中，采用力传感器检测实际力值信号并将该实际力值信号作为反馈信号，力传感器具有抑制干扰能力，从而构成一个稳定的闭环系统。附图说明图1为本专利技术实施例中提供的一种力促动器的控制系统示意图；图2为本专利技术实施例中提供的一种力促动器的控制方法流程示意图。附图中的标记说明：1、力环控制器2、位置环控制器3、电机4、机械传动结构5、力传感器6、采集卡7、编码器8、电机驱动器9、电源10、主镜11、上位机100、控制系统具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。如图1所示，本专利技术实施例的一种力促动器的控制系统100的示意图。在该实施例中，力促动器的控制系统100为双闭环控制系统，包括外环力环控制和内环位置环控制。如图1所示，控制系统100包括力环控制器1，与力环控制器1连接的位置环控制器2，与位置环控制器2连接的电机驱动器8，与电机驱动器8连接且被电机驱动器8驱动旋转的电机3，将电机3的旋转运动转换成直线运动进而校正天文望远镜的主镜10面形的机械传动结构4。在该实施例中，力环控制器1构成控制系统100的外闭环结构，位置环控制器2构成控制系统100的内闭环结构。力环控制器1的输入信号包括期望力值信号f0和实际力值信号f1。期望力值信号f0为主镜10的镜面校正所需的力值，由上位机11直接输入。期望力值信号f0的具体数值根据不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种力促动器的控制系统，其特征在于，包括：力环控制器，用于接收期望力值信号和实际力值信号且输出计算旋转角度信号；位置环控制器，与所述力环控制器连接，用于接收所述计算旋转角度信号和实际旋转角度信号且输出旋转控制信号；电机驱动器，与所述位置环控制器连接，用于接收所述旋转控制信号；电机，与所述电机驱动器连接，所述电机驱动器按照所述旋转控制信号驱动所述电机旋转；机械传动结构，用于将所述电机的旋转运动转换成直线运动，进而校正天文望远镜的主镜面形。

【技术特征摘要】
1.一种力促动器的控制系统，其特征在于，包括：力环控制器，用于接收期望力值信号和实际力值信号且输出计算旋转角度信号；位置环控制器，与所述力环控制器连接，用于接收所述计算旋转角度信号和实际旋转角度信号且输出旋转控制信号；电机驱动器，与所述位置环控制器连接，用于接收所述旋转控制信号；电机，与所述电机驱动器连接，所述电机驱动器按照所述旋转控制信号驱动所述电机旋转；机械传动结构，用于将所述电机的旋转运动转换成直线运动，进而校正天文望远镜的主镜面形。2.根据权利要求1所述的力促动器的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括力传感器，所述力传感器用于检测所述机械传动结构的实际力值信号。3.根据权利要求2所述的力促动器的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括采集卡，用于采集所述力传感器所检测到的实际力值信号。4.根据权利要求1所述的力促动器的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括编码器，所述编码器用于获取所述电机的实际旋转角度信号。5.根据权利要求1所述的力促动器的控制系统，其特征在于，所述机械传动结构包括丝杠和螺母，所述电机带动所述丝杠旋转、所述螺母与所述丝杠配合并将所述丝杠的旋转运动转变成直线运动。6.根据权利要求5所述的力促动器的控制系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹小涛，韩雪，杨维帆，
申请(专利权)人：中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