大型天文望远镜驱动控制方法的应用研究

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	大型天文望远镜驱动控制方法的应用研究
	李晓燕
学位类型	博士
导师	张振超
	2011-04
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位专业	天体物理
关键词	双电机消隙旋转变压器光电编码器齿轮传动直接驱动永磁同步电机闭环控制
摘要	大型天文望远镜的研制涉及天文技术、光学、力学、计算机、自动控制和精密机械等工程技术领域，这些技术的创新使天文学的发展不断有新的飞跃。另一方面，新的天文学研究热点也给这些领域的技术提出新的要求。例如，南极地区具有优越的天文观测条件，但南极天文望远镜的研究和制造也面临着机遇和挑战：环境极端恶劣，能源供应受限，望远镜无人值守、需要远程控制，自动化控制技术的高可靠性等等，都使望远镜设计、工艺、测试和调试过程的技术区别于传统方法，给天文技术和相关领域带来了新的研究课题。大型望远镜的“轴系”跟踪精度是天文望远镜最重要的技术指标之一，近几十年来，国内、外的天文技术专家已经作了不懈的努力，目前齿轮传动、直接驱动和摩擦驱动等技术在各种类型的大型天文望远镜中均得到了成功的应用，大大提高了望远镜的跟踪、指向精度，取得了满意的结果。本文根据今后天文技术发展的远景规划，结合近期讨论和规划中的大型天文望远镜和南极2.5 米光学/红外望远镜的研制，提出了直接驱动和双电机消隙的齿轮传动控制方案，并分析了这两种方案在南极天文望远镜中应用的可行性，提出了必须解决的技术攻关课题，对部分技术难题作了实验研究，取得了较好的应用结果。本文的主要内容有三部分，第一是讨论一种直接驱动控制方法，直接驱动电机采用拼接式永磁同步电机，三环闭环控制方法，SVPWM 控制策略，Cortex-M3单片机为控制硬件核心，IPM 为主驱动电路，霍尔电流传感器和高精度光电编码器为反馈元件。第二是讨论一种双电机消隙的齿轮传动控制方案，采用了有前馈的PID 算法作为伺服控制系统算法，高精度的旋转变压器作为位置和速度反馈元件。最后对南极2.5 米望远镜驱动控制方案采用“直接驱动方法”或者“双电机消隙的齿轮传动方法”进行了分析和比较，提出了在南极地区使用这两种控制方案所采取的应对策略。本文的实验平台是 1) 2.5 米直接驱动永磁同步电机；2)采用双电机消隙齿轮传动的南极AST3 望远镜。目前，2.5 米直接驱动电机已经运转，AST3 望远镜已经通过低温－60℃下整机运转的各项指标和精度测试，主要运动部件可以在－80℃环境下正常工作，控制系统精度的模拟实验结果表明，其控制系统和方法满足使用要求。
学科领域	自动控制
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.niaot.ac.cn/handle/114a32/108
专题	学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	李晓燕. 大型天文望远镜驱动控制方法的应用研究[D]. 中国科学院研究生院,2011.