一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统，属于大型光学望远镜光学组件精密调整技术领域，该系统包括主控计算机、运动控制器和六个与高精度六自由度光学组件调整机构的轴对应的电机驱动模块，电机驱动模块用于驱动高精度六自由度光学组件调整机构对应轴中的永磁同步电机，运动控制器包括DSP主处理器和与DSP主处理器进行数据交换的FPGA协处理器，电机驱动模块包括伺服驱动器和绝对式编码器。主控计算机与运动控制器之间通过CAN总线实现指令和数据的传输，运动控制器用于实现指令解析、指令缓存、轨迹规划、BISS协议解码、二自由度轨迹控制等功能，完成光学组件精密调整平台的高精度联动定位控制。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统
本专利技术涉及大型光学望远镜光学组件精密调整
，特别是涉及一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统。
技术介绍
大型光学望远镜对主镜与次镜的相对位置和姿态有严格的要求，主次镜相对位姿的变化会造成光路的偏差，导致成像质量的下降和像位置的漂移，影响望远镜的指向精度和跟踪精度。为了保证成像质量，需要对光学组件位姿变化量进行修正。通过校正次镜的位姿，将主镜和次镜的相对位姿偏差限制在允许的精度范围内。因此，设计高精度、高稳定性的调整机构控制系统是十分必要的。
技术实现思路
基于此，有必要针对需要设计一种高精度、高稳定性的调整机构控制系统的问题，提供一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统。为解决上述问题，本专利技术采取如下的技术方案：一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统，包括主控计算机、运动控制器和六个与高精度六自由度光学组件调整机构的轴对应的电机驱动模块，所述电机驱动模块用于驱动高精度六自由度光学组件调整机构对应轴中的永磁同步电机，所述运动控制器包括DSP主处理器和与所述DSP主处理器进行数据交换的FPGA协处理器，所述电机驱动模块包括伺服驱动器和绝对式编码器；所述主控计算机通过CAN总线与所述DSP主处理器连接，所述DSP主处理器输出速度指令至所述伺服驱动器，所述伺服驱动器根据所述速度指令驱动所述永磁同步电机；所述伺服驱动器输出编码器同步时钟信号分别至所述绝对式编码器和所述FPGA协处理器；所述绝对式编码器与所述永磁同步电机连接，且所述绝对式编码器反馈位置数据信号分别至所述伺服驱动器和所述FPGA协处理器。上述应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统是一种基于DSP和FPGA的用于光学组件位姿调整平台的运动控制系统，该控制系统中的主控计算机发送目标运动相关数据和系统命令到运动控制器，如目标位置和姿态、设定运动时间等以及开启伺服、关闭伺服、清除报警、查询目标位姿、查询当前位姿等命令，运动控制器应用逆运动学算法求解目标位姿在各轴空间的广义坐标，轨迹插补算法生成当前位姿和目标位姿之间的轨迹，二自由度控制器实现轨迹的反馈控制，控制平台运动到目标位姿，从而完成高精度六自由度光学组件调整机构或者光学组件精密调整平台的高精度联动定位控制。附图说明图1为本专利技术一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统的结构示意图；图2为DSP主处理器的功能模块示意图；图3为FPGA协处理器的功能模块示意图。具体实施方式下面将结合附图及较佳实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述。如图1所示，本专利技术公开一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统，该系统包括主控计算机1、运动控制器2和六个与高精度六自由度光学组件调整机构的轴对应的电机驱动模块3，其中电机驱动模块3用于驱动高精度六自由度光学组件调整机构对应轴中的永磁同步电机4，图1仅给出其中一个电机驱动模块3与运动控制器2的连接关系。运动控制器2包括DSP主处理器2-1和与DSP主处理器2-1进行数据交换的FPGA协处理器2-2，电机驱动模块3包括伺服驱动器3-1和绝对式编码器3-2。主控计算机1通过CAN总线与DSP主处理器2-1连接，DSP主处理器2-1输出速度指令至伺服驱动器3-1，伺服驱动器3-1根据速度指令驱动永磁同步电机4。伺服驱动器3-1输出编码器同步时钟信号分别至绝对式编码器3-2和FPGA协处理器2-2。绝对式编码器3-2与永磁同步电机4连接，且绝对式编码器3-2反馈位置数据信号分别至伺服驱动器3-1和FPGA协处理器2-2。具体地，本专利技术一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统包括独立设置的主控计算机1，还包括用于接收主控计算机1控制命令和运动数据的运动控制器2；主控计算机1与运动控制器2之间通过CAN总线实现数据的传输，运动控制器2用于运动控制以及将目标位姿、当前位姿以及状态等信息通过CAN总线传输到主控计算机1；运动控制器2主要包括DSP主处理器2-1和FPGA协处理器2-2，外围模块包括电源模块、电机驱动模块3。本专利技术包括六个与高精度六自由度光学组件调整机构的轴对应的电机驱动模块3，电机驱动模块3用于驱动高精度六自由度光学组件调整机构对应轴中的永磁同步电机4，实现电机电流和转速的反馈控制。每一个电机驱动模块3均包括用于驱动对应轴中的永磁同步电机4的伺服驱动器3-1和绝对式编码器3-2。各个轴的伺服驱动器3-1采用独立运行的方式，不需要主控系统同步，以此提高系统的可靠性和易维护性。进一步地，伺服驱动器3-1内部包括DSP芯片、实现速度反馈的速度控制器、实现位置采集的绝对式编码器接口和接收控制指令的指令解析接口。绝对式编码器接口采用BISS协议，伺服驱动器3-1产生编码器同步时钟信号MA，DSP芯片通过绝对式编码器接口向绝对式编码器3-2发送同步时钟信号MA，并接收绝对式编码器3-2反馈的位置数据信号SLO，通过数据循环冗余(CRC)校验确定编码器数据是否正常。如果接收编码器数据异常，伺服驱动器切断功率输出，并输出编码器故障信号。运动控制器2向伺服驱动器发送速度指令，DSP芯片通过指令解析接口接收速度指令，其中速度指令采用单端PWM信号，单端PWM信号50％占空比表示零速度指令，此时伺服驱动器3-1以零速度驱动所述永磁同步电机4；单端PWM信号95％占空比表示正向最大转速指令此时伺服驱动器3-1以正向最大转速驱动所述永磁同步电机4；单端PWM信号5％占空比表示负向最大速度指令，此时伺服驱动器3-1以负向最大转速驱动所述永磁同步电机4。当检测到单端PWM信号0％或100％占空比的情况下，伺服驱动器3-1切断功率输出，并输出错误报警信号。运动控制器2包括带浮点计算单元的DSP主处理器2-1和FPGA协处理器2-2，其中DSP主处理器2-1主要用于与主控计算机1通讯、接收运动指令和数据、正运动学解算、逆运动学解算、轨迹插补、轨迹控制、状态反馈以及与FPGA协处理器2-2的通讯。FPGA协处理器2-2主要用于接收来自伺服驱动器3-1的编码器同步时钟信号MA和来自绝对式编码器3-2的位置数据信号SLO，并采用异步解码的方式实现绝对式编码器3-2的位置数据解析，还用于编码器数据的CRC校验以及SPI从机通讯接口。FPGA协处理器2-2将解析到的位置数据和校验结果存储在内部寄存器中，DSP主处理器2-1按照位置回路的控制周期定期发起SPI通讯，从FPGA协处理器2-2的内部寄存器中读取绝对式编码器3-2的位置数据和校验结果。DSP主处理器2-1与FPGA协处理器2-2通过SPI串行通讯协议进行数据交换，DSP主处理器2-1进行轨迹规划、轨迹插补、二自由度位置回路控制器计算，并将二自由度位置回路控制器输出的控制量通过可变占空比数字PWM指令信号发送到伺服驱动器3-1。主控计算机1通过协议查询命令，实时查询当前运动控制器2各个轴的工作状态、目标位姿和实际位姿以及警报信息，以便于监控。运动控制器2通过CAN总线接收主控计算机1发送的命令，对其进行解析，通过逆运动学解算得到各永磁同步电机4需要运动到的目标位置；DSP主处理器2-1应用轨迹插补算法在起始位置和目标位置之间插补本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统，其特征在于，包括主控计算机(1)、运动控制器(2)和六个与高精度六自由度光学组件调整机构的轴对应的电机驱动模块(3)，所述电机驱动模块(3)用于驱动高精度六自由度光学组件调整机构对应轴中的永磁同步电机(4)，所述运动控制器(2)包括DSP主处理器(2‑1)和与所述DSP主处理器(2‑1)进行数据交换的FPGA协处理器(2‑2)，所述电机驱动模块(3)包括伺服驱动器(3‑1)和绝对式编码器(3‑2)；所述主控计算机(1)通过CAN总线与所述DSP主处理器(2‑1)连接，所述DSP主处理器(2‑1)输出速度指令至所述伺服驱动器(3‑1)，所述伺服驱动器(3‑1)根据所述速度指令驱动所述永磁同步电机(4)；所述伺服驱动器(3‑1)输出编码器同步时钟信号分别至所述绝对式编码器(3‑2)和所述FPGA协处理器(2‑2)；所述绝对式编码器(3‑2)与所述永磁同步电机(4)连接，且所述绝对式编码器(3‑2)反馈位置数据信号分别至所述伺服驱动器(3‑1)和所述FPGA协处理器(2‑2)。

【技术特征摘要】
1.一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统，其特征在于，包括主控计算机(1)、运动控制器(2)和六个与高精度六自由度光学组件调整机构的轴对应的电机驱动模块(3)，所述电机驱动模块(3)用于驱动高精度六自由度光学组件调整机构对应轴中的永磁同步电机(4)，所述运动控制器(2)包括DSP主处理器(2-1)和与所述DSP主处理器(2-1)进行数据交换的FPGA协处理器(2-2)，所述电机驱动模块(3)包括伺服驱动器(3-1)和绝对式编码器(3-2)；所述主控计算机(1)通过CAN总线与所述DSP主处理器(2-1)连接，所述DSP主处理器(2-1)输出速度指令至所述伺服驱动器(3-1)，所述伺服驱动器(3-1)根据所述速度指令驱动所述永磁同步电机(4)；所述伺服驱动器(3-1)输出编码器同步时钟信号分别至所述绝对式编码器(3-2)和所述FPGA协处理器(2-2)；所述绝对式编码器(3-2)与所述永磁同步电机(4)连接，且所述绝对式编码器(3-2)反馈位置数据信号分别至所述伺服驱动器(3-1)和所述FPGA协处理器(2-2)。2.根据权利要求1所述的一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统，其特征在于，所述伺服驱动器(3-1)包括DSP芯片、速度控制器、绝对式编码器接口和指令解析接口；所述DSP芯片通过所述绝对式编码器接口向所述绝对式编码器(3-2)发送所述编码器同步时钟信号和接收所述绝对式编码器(3-2)反馈的所述位置数据信号；所述DSP芯片通过所述速度控制器周期性采集所述永磁同步电机(4)的A相和B相电流，通过磁场定向控制算法计算出相电压矢量，并将所述相电压矢量施加到三项半桥，以控制所述永磁同步电机(4)运动；所述DSP芯片通过所述指令解析接口接收所述速度指令，所述速度指令为单端PWM指令信号。3.根据权利要求2所述的一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统，其特征在于，当所述单端PWM指令信号的占空比为50％时，所述伺服驱动器(3-1)以零速度驱动所述永磁同步电机(4)；当所述单端PWM指令信号的占空比为95％时，所述伺服驱动器(3-1)以正向最大转速驱动所述永磁同步电机(4)；当所述单端PWM指令信号的占空比为5％时，所述伺服驱动器(3-1)以负向最大转速驱动所述永磁同步电机(4)。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明超，霍琦，李昂，王文瑞，顾金麟，
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