天文望远镜主从摩擦轮间正压力调节的控制方法及其设备：主控计算机指令正压力控制系统保证某个正压力；PMAC2A-PC/104通过各个电机驱动器驱动它们对应的正压力电机；正压力由安装在该路的S型拉/压力传感器测得；正压力闭环控制系统把实测到的主从两轮间的正压力反馈到命令输入端，与参考输入的正压力命令相比较；闭环系统连续不断检测，通过PMAC2A-PC/104的相应AD模拟量输入端口输入；将所测得的值与参考正压力作减法运算，求得的误差信号；，经PID运算后，转为-10V~+10V的模拟量信号，发送给电机驱动器，经过放大，驱动无刷直流电机运动。本发明专利技术可控制直流电机将压力精确地维持在某个值上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种天文望远镜的控制系统，具体涉及一种摩擦驱动望远镜的主从摩擦轮间正压力调节的控制方法。本专利技术是国家自然科学基金(10778630 ) “极大望远镜摩擦传动滑移动态修正系统的研究”和国家自然科学基金面上项目(11073034) “南极大口径天文光学望远镜低速高精度跟踪中的低温非线性干扰补偿的研究”(江苏省“333”工程共同资助项目)的研究成果。
技术介绍
目前很多大型天文光学望远镜采用了外圆滚动摩擦作为其主轴(例如方位轴、高度轴、视场旋转轴)的驱动方式。摩擦驱动性价比极高，没有周期性累积误差，没有空回，望远镜运动时传动平稳，无振动，响应速度比较快，在低速下能够获得很高的传动精度。 摩擦驱动必须保证主、从动摩擦轮间保持一定的正压力，以产生摩擦力来传递运动。但是主、从动摩擦轮的真正接触面积有限，尤其对于外圆滚动摩擦，理论上是线接触。大型天文望远镜是个大质量、大惯量的负载，为了驱动它，主、从动轮啮合点处必须保持比较高的压力，容易引起摩擦轮表面的过度磨损。大型天文望远镜的主轴摩擦驱动，需要施加的正压力少则几百公斤，多则广2吨。天文望远镜的使用还有个特点，它并非均匀使用摩擦盘，一般是对应天顶部分使用最多。长期使用后，大摩擦盘会变成椭圆或其他外形。这样使用弹簧等预紧加压的摩擦驱动，在不同的位置正压力会发生改变，使摩擦驱动力发生波动，从而影响到望远镜的跟踪平稳性和跟踪精度。另一方面，大型天文望远镜运行时面临着风载与摩擦转矩干扰等许多非线性扰动。例如主、从动轮接触表面粗糙度、圆度、圆柱度、清洁度对传动精度都有影响。大型天文望远镜一般需要打开圆顶，处于露天工作，摩擦轮接触表面间易污染杂质。某些寒冷气候甚至是极端气候(如南极)条件下，金属摩擦轮表面会结霜。这些情况导致摩擦系数改变，致使摩擦驱动力改变，容易引起接触表面的相对滑移，从而影响传动精度。根据库仑摩擦定律，在摩擦系数一定的情况下，摩擦力与正压力成正比，摩擦力的大小可以通过正压力的调节进行改变。但是目前国内外采用摩擦驱动的望远镜都是被动施加正压力，即按照所需的最大值施加正压力。大多数望远镜采用了弹簧预紧加压的方式。除这种方式外，其它望远镜亦有采用液压加力和气压加力的方式。在采用被动加压的摩擦驱动方式下，正压力是无法适时改变的。摩擦驱动正压力过大过小都会带来不利影响。摩擦驱动的主、从动轮间正压力过小会引起摩擦副之间的相对滑移，正压力过大又会使接触表面产生塑性变形，并导致表面膜的破裂而粘着。一般来说，粘着磨损量和氧化磨损量都随着压力增加到某一临界值后迅速增大，严重时会卡死。但是现实情况是，采用被动加压方式很难将正压力调整到一个最佳值，往往在装调时倾向过度加压。目前大型天文光学望远镜往往采用多点摩擦驱动来解决正压力问题。它通过减小滑移机率，进而减小传动误差。多点摩擦传动所需要的正压力相对较低，可减少摩擦盘的磨损，且能提供多倍的摩擦力矩，进而提供更大的驱动加速度。不过，多点摩擦需要控制系统增加闭环控制数目，成倍的增加本已昂贵的造价。多个电机闭环驱动同一高精度的负载，存在同步问题。申请号为CN 200710133241.3的专利公开了一种望远镜滚动摩擦传动正压力动态修正系统，该修正系统是一种实时检测和实时修正的动态系统，根据实际的负载力矩实时调整正压力的大小，使得传动系统工作在最佳状态。使望远镜的摩擦传动系统并不总是在最大的正压力下工作，在没有风，或者风速较小，或者运行加速度不大的情况下可以实时根据实际情况减小其工作压力，以降低其制造成本，延长其工作寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种天文望远镜主从摩擦轮间正压力调节的控制方法及其设备，该方法是在申请号为CN 200710133241.3的专利技术的基础上的进一步开发与改进。目的是针对现有技术的不足，提供一种包括正压力主动实时调节伺服控制的方法。其优点(有益效果)是由于正压力可以由计算机实时在线控制，根据望远镜的运行需要，主动·实现望远镜的主轴(如高度轴和方位轴)的主动轮和从动轮间正压力的高精度增减(I)可以避免摩擦驱动装置安装时可能过度增加正压力而带来的毫无意义的过载、功率损耗和机械磨损。(2)在负载无波动的情况下保证主动轮和从动轮间精确的正压力，维持正常的摩擦驱动力。(3)在风载干扰或其他外界非线性干扰引起负载波动时，在望远镜的主动轮和从动轮的摩擦系数改变时，在因为磨损等原因造成正压力的改变影响到提供正常工作的摩擦驱动力时，实时改变正压力，提供望远镜可以正常运行的摩擦驱动力。本专利技术的技术方案是一种天文望远镜主从摩擦轮间正压力调节的控制方法，其特征在于，步骤如下 (1).望远镜主控计算机指令正压力控制系统保证某个正压力，该正压力命令通过USB口传递给PMAC 2A-PC/104运动控制器； (2).PMAC 2A-PC/104通过各个电机驱动器驱动它们对应的正压力电机；通过与电机轴相联的滚珠丝杆给安装在弹性板上的主动摩擦轮施加压力，迫使主动轮与从动轮(即望远镜本体)紧密贴合； (3).每一路主动轮与从动轮间的正压力由安装在该路的S型拉/压力传感器测得，S型拉/压力传感器安装于滚珠丝杆和主动轮之间； (4).正压力闭环控制系统把实测到的主从两轮间的正压力反馈到命令输入端，与步骤⑴参考输入的正压力命令相比较； (5).闭环系统连续不断地对正压力进行检测，通过PMAC2A-PC/104的相应AD模拟量输入端口输入，其分辨率为12位； (6).PMAC 2A-PC/104控制器将所测得的值与步骤⑴参考输入的正压力数值作减法运算，求得的误差信号； (7).步骤(6)所求得的误差信号经PMAC2A-PC/104进行PID运算后，转为-10疒+IOV的模拟量信号，该信号作为电机驱动器的电流环命令信号，通过PMAC 2A-PC/104的DAC模拟量输出口发送给电机驱动器； (8).模拟量控制信号在经过电机驱动器的功率模块放大后，驱动无刷直流电机运动，使正压カ能完全按照步骤⑴參考输入的正压カ数值的要求而高精度地变化。以上方案中，闭环控制系统采用双环控制，内环是电流环，外环是正压カ闭环。内环在无刷电机驱动器内部完成，正压カ闭环通过PMAC 2A-PC/104运动控制器完成。本专利技术的优化方案中，作为本专利技术的进ー步改进，増加了故障处理能力 压カ电机采用反应式步进电机，电机驱动器改为步进电机驱动器。此方法的优点是，在正压カ主动调节机构故障时，依靠步进电机上电的自锁カ任然能够维持主动轮和从动轮间的正压力。从而保证望远镜的正常观测。另ー种方法是在原有的直流电机上増加机械抱闸，在正压カ控制系统掉电时依靠抱闸装置依然能够维持主动轮和从动轮间的正压力。从而保证望远镜的正常观测。作为本专利技术的进ー步改进，提高正压カ动态响应能力 压カ电机改为稀土永磁同步カ矩电机，同时取消減速器。此方法的优点是，カ矩电机扭矩足够大，由于取消了減速器，从而正压カ主动调节机构的动态响应速度更快。完成本申请第二个专利技术任务的方案是，上述方法所使用的设备ー种天文望远镜主从摩擦轮间正压カ调节的控制设备，由PMAC 2A-PC/104运动控制器、正压カ电机、电机驱动器、拉/压カ传感器组成。每ー对摩擦驱动传动副对应ー套正压カ电机、电机驱动器、拉/压本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种天文望远镜主从摩擦轮间正压力调节的控制方法，其特征在于，步骤如下：⑴．望远镜主控计算机指令正压力控制系统保证某个正压力，该正压力命令通过USB口传递给PMAC？2A？PC/104？运动控制器；⑵．PMAC？2A？PC/104通过各个电机驱动器驱动它们对应的正压力电机；通过与电机轴相联的滚珠丝杆给安装在弹性板上的主动摩擦轮施加压力，迫使主动轮与从动轮紧密贴合；⑶．每一路主动轮与从动轮间的正压力由安装在该路的S型拉/压力传感器测得，S型拉/压力传感器安装于滚珠丝杆和主动轮之间；⑷．正压力闭环控制系统把实测到的主从两轮间的正压力反馈到命令输入端，与步骤⑴参考输入的正压力命令相比较；⑸．闭环系统连续不断地对正压力进行检测，通过PMAC？2A？PC/104的相应AD模拟量输入端口输入，其分辨率为12位；⑹．PMAC？2A？PC/104控制器将所测得的值与步骤⑴参考输入的正压力数值作减法运算，求得误差信号；⑺．步骤⑹所求得的误差信号经PMAC？2A？PC/104进行PID运算后，转为？10V~+10V的模拟量信号，该信号作为电机驱动器的电流环命令信号，通过PMAC？2A？PC/104的DAC模拟量输出口发送给电机驱动器；⑻．模拟量控制信号在经过电机驱动器的功率模块放大后，驱动无刷直流电机运动，使正压力能完全按照步骤⑴参考输入的正压力数值的要求而高精度地变化。...
【技术特征摘要】
1.一种天文望远镜主从摩擦轮间正压力调节的控制方法，其特征在于，步骤如下 (1).望远镜主控计算机指令正压力控制系统保证某个正压力，该正压力命令通过USB口传递给PMAC 2A-PC/104运动控制器； (2).PMAC 2A-PC/104通过各个电机驱动器驱动它们对应的正压力电机；通过与电机轴相联的滚珠丝杆给安装在弹性板上的主动摩擦轮施加压力，迫使主动轮与从动轮紧密贴合； (3).每一路主动轮与从动轮间的正压力由安装在该路的S型拉/压力传感器测得，S型拉/压力传感器安装于滚珠丝杆和主动轮之间； (4).正压力闭环控制系统把实测到的主从两轮间的正压力反馈到命令输入端，与步骤⑴参考输入的正压力命令相比较； (5).闭环系统连续不断地对正压力进行检测，通过PMAC2A-PC/104的相应AD模拟量输入端口输入，其分辨率为12位； (6).PMAC 2A-PC/104控制器将所测得的值与步骤⑴参考输入的正压力数值作减法运算，求得误差信号； (7).步骤(6)所求得的误差信号经PMAC2A-PC/104进行PID运算后，转为-10疒+IOV的模拟量信号，该信号作为电机驱动器的电流环命令信号，通过PMAC 2A-PC/104的DAC模拟量输出口发送给电机驱动器； (8).模拟量控制信号在经过电机驱动器的功率模块放大后，驱动无刷直流电机运动，使正压力能完全按照步骤⑴参...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨世海，王国民，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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