為了滿足4 m望遠鏡控制系統(tǒng)的驅動能力和跟蹤精度要求,本文介紹了基于分段弧形永磁同步電機的望遠鏡伺服控制系統(tǒng)設計方法。首先,介紹了基于分段弧形永磁同步電機的控制系統(tǒng)組成;其次,給出了望遠鏡伺服系統(tǒng)的控制模型辨識方法;然后,為了實現(xiàn)望遠鏡大角度調轉和小角度階躍過程中,系統(tǒng)位置響應快速、無超調,設計了基于系統(tǒng)最大速度和加速度信息的位置指令整形算法;最后,介紹了望遠鏡控制系統(tǒng)的位置和速度控制策略,并進行了望遠鏡的跟蹤控制實驗。實驗結果顯示,當望遠鏡進行10°的大位置調轉和0.2°的小位置階躍時,伺服系統(tǒng)能夠快速、無振蕩地到達指定位置;望遠鏡在10 （°）/s速度和3 （°）/s²加速度條件下的正弦引導誤差最大值為2.636″,穩(wěn)態(tài)誤差RMS值為0.673″。實驗結果表明,所設計的基于分段弧形永磁同步電機的伺服控制系統(tǒng)能夠滿足4 m望遠鏡驅動和跟蹤精度的要求,為下一代大口徑望遠鏡控制系統(tǒng)的設計提供了參考。 

【文章來源】：光學精密工程. 2020,28(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

圖1 分段弧形永磁同步電機控制系統(tǒng)原理框圖

分段弧形永磁同步力矩電機在采用id=0的矢量控制方式后,電機控制類似于他勵直流電機的控制。對電機施加一定的q軸電壓uq,d軸采用電流閉環(huán)控制,則電機會以一定速度開環(huán)運行。系統(tǒng)的開環(huán)測試系統(tǒng)配置如圖2所示,首先對系統(tǒng)進行開環(huán)測試,斷開速度控制器,在q軸電流控制器的指令輸入端對系統(tǒng)施加電流正弦掃描信號iq,通過計算機同步記錄轉臺的編碼器響應數(shù)據。該方法辨識獲得的控制模型包括電流閉環(huán)控制器、驅動放大部分、電機部分和機械耦合部分。由于電流控制器的閉環(huán)帶寬通常在100 Hz以上,是望遠鏡一階機械諧振頻率的2～3倍,電流控制器的傳遞函數(shù)可近似為1,因此,電流環(huán)的引入對控制模型的辨識影響較小。輸入的正弦掃描信號階次為3,頻率掃描范圍為0.1～100 Hz,正弦信號的連續(xù)時間序列為:

正弦掃描信號的頻率為[f0,fT],掃描時間為Ts,A(t)是正弦激勵的幅值,在本文中掃描信號的幅值是固定的,n為多項式的階次。為了使正弦信號在低頻段具有較長的掃描時間,選擇多項式的階次為3,掃描時間為40 s。在進行系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性測試時,為了使系統(tǒng)的輸入和輸出序列具有相同的量綱,將輸入的電流正弦掃描信號乘以速度控制器的增益。用于系統(tǒng)開環(huán)頻率特性測試的激勵和響應信號的時間序列如圖3所示,激勵信號的正弦幅值為3 A。對激勵和響應信號進行離散傅里葉變換,得到激勵、響應信號的功率譜密度函數(shù):Puu(ω),Pyy(ω)和Puy(ω),系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)和相干函數(shù)定義如下:

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]4m級望遠鏡主軸交流伺服控制系統(tǒng)研究[D]. 鄧永停.中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所) 2015



本文編號：3512395