主动光学力促动器控制系统设计

来源 :中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:acup
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随着光学遥感器孔径的增大,在不断提高集光能力和分辨率的情况下,最大限度提高主镜面形精度是光学遥感器发展的重要目标。对于大口径望远镜,传统的支撑方法不仅成本高技术难度大,而且难以满足面形的要求。主动光学技术可以实时调节光学元件的变形,确保良好的形状精度,大大降低大口径望远镜的制造成本,提高了成像质量,已发展成为大型地面望远镜中最重要的技术之一。在大型地面望远镜中采用力促动器完成主镜的面形控制,通过传感器检测镜面的变形,上位机计算相应坐标和适合的作用力,然后通过相应总线下发到各个力促动器,力促动器按照上位机下发数据执行压力或拉力,实现望远镜面形的高精度控制。本文设计了基于DSP的主动光学力促动器控制系统,完成了以下内容。在分析力促动器的机械结构和工作原理基础上,完成了力促动器控制系统的总体设计。提出了基于DSP和CAN总线结合的控制系统总体方案。应用CAN总线组建分布式控制网络的系统设计,并分析了系统的软硬件需求,给出了预期性能指标。设计了整个系统的硬件电路,包括力促动器控制电路、步进电机驱动电路、力信号采集电路、电源电路等,并搭建了系统实验平台。设计了力促动器的控制方法,采用变结构参数自整定模糊PID控制器对力促动器的输出力进行校正。采用S曲线作为步进电机的加减速控制方法,有效的解决了步进电机失步和过冲的问题,从而使力促动器的输出力更好的满足控制需求。完成力促动器系统的软件设计,完成了系统初始化子程序、传感器采集子程序、通信子程序(串口和CAN总线)等,绘制了详细程序流程图。完成系统的性能测试,包括力促动器控制方法测试、步进电机加减速控制方法测试、系统性能测试、传感器测试等。测试了力促动器的控制方法,验证了控制算法的性能和有效性。实验结果可知,该系统可以达到主动光学面形校正的精度要求,满足预期要求,响应的速度也很快,在工程上有一定的应用价值。
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