中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

随着天文观测技术的不断发展，大口径望远镜对精确指向与高稳定跟踪性能的要求日益提高，主轴驱动控制系统的性能已成为制约观测精度的重要因素之一。传统单电机驱动方式在驱动力矩和系统冗余性方面难以满足大口径望远镜的应用需求，基于拼接式多单元电机或多电机协同驱动的控制系统逐渐成为主流发展方向。然而，此类系统在实际运行过程中普遍存在电机负载分配不均、同步误差累积、温度漂移以及机械装配不匹配等问题，严重影响系统的运行稳定性与控制精度。
针对上述问题，本文提出一种基于虚拟轴改进耦合控制的多电机同步跟踪控制方法，并将其应用于大口径地平式望远镜主轴驱动控制系统中。该方法以Power PMAC运动控制系统为硬件平台，在传统虚拟轴控制策略的基础上进行改进，通过引入耦合补偿机制，将多电机系统的运动轨迹统一映射到公共虚拟轴上，同时实现电机之间的动态信息交互，从而提升系统的同步控制精度与抗扰性能。
本文首先对主令控制、主从控制、偏差耦合控制及交叉耦合控制等典型多电机同步控制方式进行了对比分析。针对不同结构形式的驱动系统，本文分别构建了差异化的同步控制策略：对于方位轴拼接式多单元电机驱动系统，采用改进型虚拟轴与偏差耦合控制相结合的方法，通过引入全局误差反馈，实现多电机间同步偏差的均衡分配与协调调节；对于高度轴双电机驱动系统，则采用改进型虚拟轴与交叉耦合控制相结合的方法，通过建立电机间的实时信息交互通道，并引入速度、位置及转矩多变量反馈机制，有效抑制两电机在启停及负载扰动工况下的同步误差，提高系统动态响应性能与运行稳定性，以满足大口径望远镜主轴对高精度同步跟踪控制的需求。
本研究成果拟应用于4米口径望远镜控制系统，可有效解决其方位轴拼接式多单元电机与高度轴双电机在复杂工况下的同步协调控制问题。研究结果表明，所提出的基于虚拟轴改进耦合控制方法在同步精度、抗扰性能及系统稳定性方面均优于传统控制策略。同时，该方法亦可为其他大口径望远镜及大型数控机床等高精度装备的多电机同步控制提供一种具有工程应用价值的解决方案。