一种直流电机型力促动器的电控装置，涉及天文望远镜主动光学系统，为了解决现有步进电机作为力促动器时驱动电路复杂，在算法实现上采用单一的力闭环控制，采用直流电机需要配置外部位置传感器，并且输出力的精度低、稳定性差的问题。其控制方法为：控制系统获得力设定值Fr与力反馈值Fb；将Fr与Fb相减后得力误差值ef，对ef校正，得力速度设定值Vr；控制系统将Fb与力反馈值Fb1相减后除以延迟时间T，得力速度反馈值Vb；将Vr与Vb相减，得差值ev，对ev进行校正后作为电流设定值Ir；将Ir与Ib相减，得差值电流ei，采用电流控制器对ei校正后输出。本发明专利技术装置适用于力促动器的控制领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及天文望远镜主动光学系统，具体涉及一种力促动器的控制系统。
技术介绍
力促动器作为大型天文望远镜主动光学系统中的重要组成部分，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、温度和风力等因素造成的镜面形变。为了达到所需要的面形精度，每个力促动器对镜面施加力的精度要求达到毫牛顿级(mN)，并且要求的输出力在几分钟甚至十几分钟的时间内具有很高的稳定性。这种技术解决了大型天文望远镜主镜面的制造难题，但对控制系统提出了非常高的要求。现有力促动器按执行机构的不同，可分为直流电机型和步进电机型两种。一般直流电机型力促动器需要配置位置传感器，以便进行电机位置、速度调节，例如VST望远镜主动光学系统中的力促动器安装有LVDT位置传感器，VLT望远镜中的力促动器安装有编码器，这两种方式无疑增加了系统的成本和复杂度；所述步进电机型力促动器充分利用步距角可细分控制的优点，无需外部位置传感器即可实现力促动器输出力的平稳调节，但由于步进电机本身的控制及驱动方式，也决定了该系统具有连线多、驱动电路复杂的缺点，例如在中国专利技术专利申请号为01113669. 3，公开号(公告号)CN1343898，《大型天文望远镜中力促动器的电控系统》的说明书中，提出了一种大型天文望远镜中力促动器的电控系统，该系统采用的就是步进电机驱动，并且该步进电机型力促动器的控制采用开环控制，或者是简单的力闭环控制，另外，在中国专利技术专利申请号为200510094193. 2，公开号 (公告号)CN1752791，《大型天文望远镜中力促动器的智能控制系统》的说明书中，提出了一种包括控制系统软件在内的大型天文望远镜中力促动器的控制系统，该系统仍采用的步进电机驱动，在算法实现上采用的也是单一的力闭环控制，且使用简单的比例控制器，但是采用这种控制策略对系统中存在的非线性以及外界扰动的抑制是有限的。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有步进电机作为力促动器时驱动电路复杂，在算法实现上采用单一的力闭环控制，采用直流电机需要配置外部位置传感器，并且输出力的精度低、稳定性差的问题，提供一种直流电机型力促动器的电控装置。一种直流电机型力促动器的电控装置，包括通信单元、通信单元、控制系统、数模转换器、传感器接口、直流电机接口、数字接口 ；它还包括力采集单元、功率放大器、电流控制器和电流采样单元；所述控制系统输入端分别与通信单元的输出端、数字接口的输出端、功率放大器4的输入端和力采集单元的输出端连接；控制系统分别通过通信单元读取力设定值，通过力采集单元读取力反馈值对其进行操作，通过数字接口读取力促动器的输出力的限位状态信息；数模转换器的输入端与控制系统的输出端连接，所述数模转换器将控制系统输出的电流设定值由数字信号转换为模拟信号，以提供给电流控制器；所述电流控制器的输出端与功率放大器的输入端连接，功率放大器的输出端分别与直流电机接口和电流采样单元连接；所述电流采样单元用来采集电流控制器提供的电流反馈值，所述电流控制器还用来控制直流电机的电枢电流，保证电流的快速、稳定输出，提高力矩刚度，同时抑制外界扰动；功率放大器用来将电流驱动信号放大，以驱动直流电机的转动；数字接口的输出端与功率放大器的另一个输入端连接，数字接口用来接入力促动器的限位状态信息，保证力促动器在到达限位位置后，及时停止直流电机的转动，避免力促动器的输出力超出规定的安全范围； 所述力采集单元的输入端与传感器接口连接，力采集单元通过传感器接口获得力促动器的输出力；传感器接口与电源模块连接。本专利技术的有益效果本专利技术针对直流电机型力促动器采用的控制方法及电控装置，无需使用额外的位置传感器，同时降低了力促动器电控系统的复杂度，有效的提高了力促动器的控制精度和稳定性，本专利技术采用三闭环的控制策略对力促动器本身具有的非线性及外界扰动起到了抑制作用。附图说明图1是本专利技术控制方法原理图；图2为本专利技术电控装置的结构示意图。图中1、力控制器，2、力速度控制器，3、电流控制器，4、功率放大器，5、除法单元，6、 电流采集单元，7、延迟单元，8、力采集单元，8-1、模拟信号调理单元，8-2、模数转换器，9、力促动器，9-1、直流电机，9-2、LoadCell (力传感器)，10、通信接口，11、电源接口，12、串行通信转换器，13、电源滤波器，14、稳压电源，15、传感器接口，16、控制系统，17、数字接口，18、 数模转换器，19、直流电机接口，20、通信单元，21、电源模块。具体实施例方式具体实施方式一结合图1说明本实施方式，一种直流电机型力促动器的控制方法，该方法由以下步骤实现步骤一控制系统16获得力设定值Fr ；步骤二 将力采集单元8输出的力反馈值Fb送入控制系统16 ；步骤三将步骤一获得的力设定值Fr与步骤二获得的力反馈值Fb进行减法操作， 获得力误差值ef，采用控制系统16中的力控制器1对所述力误差值ef进行校正，并将校正结果作为控制系统16中的力速度控制器2的力速度设定值Vr ；步骤四控制系统16将步骤二获得的力反馈值Fb与经过延迟单元7获得的力反馈值Fbl相减，然后将相减后获得的结果除以延迟单元7产生的延迟时间T，获得力速度反馈值Vb ；步骤五将步骤三获得的力速度设定值Vr与步骤四获得的力速度反馈值Vb进行减法操作，获得差值ev，采用控制系统16中的力速度控制器2对所述差值ev进行校正，并将校正结果作为直流电机9-1的电流设定值Ir ； 步骤六将步骤五获得的直流电机9-1的电流设定值Ir与电流采样单元6获得的电流反馈值Λ进行减法操作，获得差值电流ei，采用电流控制器3对所述差值电流ei进行校正，采用功率放大器4对校正后的结果进行放大，控制直流电机9-1的旋转，对力促动器9进行控制。 本实施方式所述力控制器1、力速度控制器2和电流控制器3采用的是比例-积分控制器或者纯比例控制器；所述的电流采样单元6由高精度电流采样电阻和运算放大器组成；所述的力采集单元8用来采集LoadCell 9_2输出的力信号，电流采样单元6用来测量直流电机9-1的电枢电流。本实施方式中的力控制、力速度控制和电流控制均通过闭环控制的方式自动完成，其中，力控制器1、力速度控制器2和电流控制器3可以在数字控制器中通过软件编程实现，其中，电流控制器3可以通过硬件电路实现；所述的力速度反馈值Vb不需要额外的传感器，只需要一个产生固定延迟时间的延迟单元7，将当前力反馈值1 与延迟采集的力反馈值相减，再除以延迟时间T，获得力速度反馈值Vb，这种方法省却了现有技术中的位置型传感器，同时便于数字实现。具体实施方式二 结合图2说明本实施方式，用于实现本实施方式的一种直流电机型力促动器的控制方法的电控装置，包括通信单元20、电源模块21、控制系统16、数模转换器18、传感器接口 15、直流电机接口 19、数字接口 17 ；它还包括力采集单元8、功率放大器4、电流控制器3和电流采样单元6 ；所述控制系统16输入端分别与通信单元20的输出端、数字接口 17的输出端、功率放大器4的输入端和力采集单元8的输出端连接；控制系统16分别通过通信单元20读取力设定值，通过力采集单元8读取力反馈值对其进行操作，通过数字接口 17读取输出力的限位状态信息；控制系统16的输出本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王帅，张斌，李洪文，阴玉梅，张丽敏，
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：
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