【摘要】：光杠桿角編碼器檢測裝置用于角編碼器的誤差檢測,可提高天文望遠鏡的運動控制精度。該裝置需要較高精度的轉(zhuǎn)動控制,并實現(xiàn)自動檢測。根據(jù)該檢測裝置的功能要求,以可編程多軸運動控制器(PMAC)為核心,設計了角編碼器檢測裝置的控制系統(tǒng),搭建了控制系統(tǒng)的硬件平臺,編寫了控制系統(tǒng)的應用軟件,實現(xiàn)了CCD曝光與碼盤數(shù)據(jù)采集的同步。實驗結果表明:該裝置轉(zhuǎn)臺的重復定位誤差絕對值小于4″,滿足角編碼器檢測系統(tǒng)的要求。
【圖文】：

喑堂耪罅?FPGA)，控制能力從單軸逐步發(fā)展到多軸，系統(tǒng)集成度越來越高，運算速度越來越快，擴展性越來越好［5］。根據(jù)云南天文臺角編碼器檢測裝置的要求，本文設計了一個雙軸高精度轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)，其運動控制系統(tǒng)基于DeltaTau公司的可編程多軸運動控制器(programmablemulti-axismotioncontroller，PMAC)卡構建，基于PMAC實現(xiàn)了角編碼器數(shù)據(jù)采集和CCD曝光的同步。1控制系統(tǒng)的需求分析與策略云南天文臺角編碼器檢測裝置采用雙軸形式的轉(zhuǎn)臺，上下兩個轉(zhuǎn)軸的軸線重合，用兩個步進電機分別控制其轉(zhuǎn)動。實物以及結構如圖1所示。圖1檢測裝置的實物與結構圖該檢測裝置的轉(zhuǎn)臺是兩個步進電機驅(qū)動的蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)臺，其傳動比分別為180和90，步進電機的型號為42BYG250CⅡ，角距為1．8°。待測角編碼器為雷尼紹(RENISHAW)52mm絕對式環(huán)形光柵。角編碼器檢測控制系統(tǒng)的設計要求如下:1)能夠自動完成整周檢測，其間不需要人工干預;2)可設置的檢測參數(shù)包括:單步檢測角度、單步檢測圖像數(shù)、檢測數(shù)據(jù)保存路徑等;3)具備轉(zhuǎn)臺控制調(diào)試所需的基本功能:轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、定點轉(zhuǎn)動、增量轉(zhuǎn)動、零點設置及保存、自動恢復零點等;4)實時采集并顯示轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角、速度等信息;5)實時采集并顯示角編碼器的轉(zhuǎn)角讀數(shù);6)設置轉(zhuǎn)臺限位，限位范圍為－1°～361°，且可方便取消及恢復限位;7)能夠給CCD相機發(fā)送曝光脈沖，脈沖頻率及數(shù)目可調(diào)，并能夠同步采集角編碼器讀數(shù);8)下轉(zhuǎn)臺重復定位誤差絕對值小于4"。針對上述要求，并結合檢測裝置轉(zhuǎn)臺電機的情況，選用了型號為DM400的雷賽步進電機驅(qū)動器。另外，由于美國DeltaTau公司的PMAC卡具有強大的運動控制能力和豐富的可擴展性［6］。選擇了以PMAC為核心來構建運動控制系統(tǒng)。2硬件設計硬件系統(tǒng)以PMAC運動控制器為核心，本

了以PMAC為核心來構建運動控制系統(tǒng)。2硬件設計硬件系統(tǒng)以PMAC運動控制器為核心，本系統(tǒng)選用的具體型號為TurboPMAC2-Eth-lite控制器(clipper)。它功能強大而且結構緊湊，可同時處理8軸的計算，具有100Mbps以太網(wǎng)接口并內(nèi)嵌了PID/陷波/前饋伺服算法的功能。高速響應性和高精度位置控制使其可用于絕大部分高精度運動控制的場合，比如高精度轉(zhuǎn)臺控制或者天文望遠鏡控制等［2，7］。此外，基于PMAC卡的I/O擴展設備和運動寄存器，可以方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集［8］。2．1硬件系統(tǒng)結構檢測控制系統(tǒng)的硬件結構如圖2所示，該系統(tǒng)主要由PMAC運動控制單元(包括Clipper卡、附件卡和轉(zhuǎn)接板)、轉(zhuǎn)臺(含電機)、步進電機驅(qū)動器、光柵角編碼器數(shù)據(jù)采集單元(包括光柵角編碼器和讀數(shù)頭)和CCD相機等組成。工作站作為控制系統(tǒng)的上位機，由其完成檢測系統(tǒng)控制的人機交互及數(shù)據(jù)采集。PMAC控制器是控制系統(tǒng)的下位機，主要負責轉(zhuǎn)臺的運動控制、編碼器數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)發(fā)，以及圖像數(shù)據(jù)采集的控制。圖2角編碼器檢測控制系統(tǒng)結構圖2．2硬件參數(shù)配置硬件系統(tǒng)搭建完成后還需要對PMAC卡進行參數(shù)配置，參數(shù)配置主要包括:脈沖+方向信號參數(shù)配置、I/0端口參數(shù)配置和讀數(shù)頭通信協(xié)議參數(shù)配置。步進電機的脈沖加方向控制模式可通過PMAC自帶的全數(shù)字脈沖頻率調(diào)制(PFM)電路實現(xiàn)，其信號通過轉(zhuǎn)接板DTC—8B的1#，2#軸分別控制上轉(zhuǎn)臺和下轉(zhuǎn)臺。為了獲取這一信號，PMAC必須正確設置相關的I變量才能使PFM電路正常工作。這里需設置I7016=3，作用是設置第一個通道輸出模式為PFM。為了實現(xiàn)CCD相機的圖像數(shù)據(jù)采集控制，選擇PMAC提供的通用數(shù)字輸入輸出端口(J9)，，該接口包括8組輸出/入端口(MO1～MO8，MI1～MI8)和1組+5V供電端。選擇其中一組輸出端口MO1用于發(fā)送外部?

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本文編號：2629296