中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

随着天文技术的发展，望远镜的口径、体积及重量逐步增大，对轴系电机及其驱动控制跟踪系统提出了更高的挑战。机架驱动系统需要更大的输出转矩和精确的控制系统，从而保证望远镜的观测效率。

由于大型望远镜具有复杂的光机电系统，同时实际观测过程中由于恶劣的运行环境使机架系统受到摩擦转矩、齿槽转矩、风载扰动以及其他各种非线性扰动的影响，会引起电机负载转矩波动，从而造成转速波动，对大惯量的望远镜系统来说仅依靠速度控制器在短时间内很难使系统稳定，从而影响望远镜跟踪精度。

为了增强望远镜伺服系统的鲁棒性并减少跟踪误差，本课题以大型望远镜轴系驱动拼接弧线电机为研究对象，设计了一种负载转矩观测器实时观测望远镜跟踪过程中的负载扰动，并对电机控制参数进行实时调整，提高由扰动引起的跟踪精度。主要研究内容如下：

（1）首先介绍国内外大型望远镜概况、各望远镜中拼接电机驱动控制系统以及常规电机负载转矩观测的研究现状，介绍所研究的拼接弧线电机抗扰动控制策略研究的必要性及意义，提出本文的研究内容。
（2）基于南京天文光学技术研究所研制的大型拼接弧线电机，阐述望远镜驱动系统拼接弧线电机的构成，并建立了相应的数学模型；分析低转速下系统扰动的来源；选取适合本研究的控制方式。
（3）根据望远镜低速伺服系统的要求，分析传统负载转矩观测器算法在永磁同步电机中存在的缺陷，并在此基础上进行改进，使用粒子群算法将比例与积分观测器相结合，以此设计出最优化合成型负载转矩观测器。该观测器融合了两类观测器的优点，在收敛速度较快的同时对稳态误差有很好的修正能力。然后将负载转矩观测结果用于电流环前馈补偿，提高系统动态性能。
（4）在Matlab/Simulink平台上搭建算法的仿真模块，在突加负载扰动的情况下对比分析传统负载转矩观测器模型和本文提出的最优化合成型负载转矩观测器模型，仿真结果表明改进后的算法能很好地跟踪负载转矩的变化，收敛速度与观测误差较传统观测器均有性能提升，显示了良好的收敛速度与鲁棒性。
（5）设计以DSP28335控制芯片为核心的硬件平台，然后进行主函数、各子程序中断函数及观测算法的编程，完成负载转矩观测的硬件实验平台的搭建，对所提出的观测算法进行实验验证。实验结果表明，该方法可实时观测拼接弧线电机在低速工况下的负载转矩，有望为大型望远镜轴系驱动中实时调整控制参数并提高跟踪精度提供技术积累。