專利名稱：一種直流電機型力促動器的控制方法及電控裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及天文望遠鏡主動光學系統(tǒng)，具體涉及一種力促動器的控制系統(tǒng)。
背景技術：
力促動器作為大型天文望遠鏡主動光學系統(tǒng)中的重要組成部分，它通過施加壓力 或拉力實時改變主鏡鏡面的形狀，以修正由于重力、溫度和風力等因素造成的鏡面形變。為 了達到所需要的面形精度，每個力促動器對鏡面施加力的精度要求達到毫牛頓級(mN)，并 且要求的輸出力在幾分鐘甚至十幾分鐘的時間內(nèi)具有很高的穩(wěn)定性。這種技術解決了大型天文望遠鏡主鏡面的制造難題，但對控制系統(tǒng)提出了非常高的要求。現(xiàn)有力促動器按執(zhí)行機構的不同，可分為直流電機型和步進電機型兩種。一般直 流電機型力促動器需要配置位置傳感器，以便進行電機位置、速度調(diào)節(jié)，例如VST望遠鏡主 動光學系統(tǒng)中的力促動器安裝有LVDT位置傳感器，VLT望遠鏡中的力促動器安裝有編碼 器，這兩種方式無疑增加了系統(tǒng)的成本和復雜度；所述步進電機型力促動器充分利用步距 角可細分控制的優(yōu)點，無需外部位置傳感器即可實現(xiàn)力促動器輸出力的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，但由于 步進電機本身的控制及驅(qū)動方式，也決定了該系統(tǒng)具有連線多、驅(qū)動電路復雜的缺點，例如 在中國發(fā)明專利申請?zhí)枮?1113669. 3，公開號(公告號)CN1343898，專利名稱《大型天 文望遠鏡中力促動器的電控系統(tǒng)》的說明書中，提出了一種大型天文望遠鏡中力促動器的 電控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用的就是步進電機驅(qū)動，并且該步進電機型力促動器的控制采用開環(huán) 控制，或者是簡單的力閉環(huán)控制，另外，在中國發(fā)明專利申請?zhí)枮?00510094193. 2，公開號 (公告號)Cm752791，專利名稱《大型天文望遠鏡中力促動器的智能控制系統(tǒng)》的說明書 中，提出了一種包括控制系統(tǒng)軟件在內(nèi)的大型天文望遠鏡中力促動器的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng) 仍采用的步進電機驅(qū)動，在算法實現(xiàn)上采用的也是單一的力閉環(huán)控制，且使用簡單的比例 控制器，但是采用這種控制策略對系統(tǒng)中存在的非線性以及外界擾動的抑制是有限的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有步進電機作為力促動器時驅(qū)動電路復雜，在算法實現(xiàn)上采用 單一的力閉環(huán)控制，采用直流電機需要配置外部位置傳感器，并且輸出力的精度低、穩(wěn)定性 差的問題，提供一種直流電機型力促動器的控制方法及電控裝置。一種直流電機型力促動器的控制方法，該方法由以下步驟實現(xiàn)步驟一控制系統(tǒng)獲得力設定值Fr ；步驟二 將力采集單元輸出的力反饋值Fb送入控制系統(tǒng)；步驟三將步驟一獲得的力設定值Fr與步驟二獲得的力反饋值Fb進行減法操作， 獲得力誤差值ef，采用控制系統(tǒng)中的力控制器對所述力誤差值ef進行校正，并將校正結果 作為控制系統(tǒng)中的力速度控制器的力速度設定值Vr ；步驟四控制系統(tǒng)將步驟二獲得的力反饋值Fb與經(jīng)過延遲單元獲得的力反饋值 Fbl相減，然后將相減后獲得的結果除以延遲單元產(chǎn)生的延遲時間T，獲得力速度反饋值Vb ；步驟五將步驟三獲得的力速度設定值Vr與步驟四獲得的力速度反饋值Vb進行減法操作，獲得差值ev，采用控制系統(tǒng)中的力速度控制器對所述差值ev進行校正，并將校 正結果作為直流電機的電流設定值Ir ；步驟六將步驟五獲得的直流電機的電流設定值Ir與電流采樣單元獲得的電流 反饋值Ib進行減法操作，獲得差值電流ei，采用電流控制器對所述差值電流ei進行校正， 采用功率放大器對校正后的結果進行放大，控制直流電機的旋轉，對力促動器進行控制。實現(xiàn)本發(fā)明的直流電機型力促動器的電控裝置，包括通信單元、通信單元、控制系 統(tǒng)、數(shù)模轉換器、傳感器接口、直流電機接口、數(shù)字接口 ；它還包括力采集單元、功率放大器、 電流控制器和電流采樣單元；所述控制系統(tǒng)輸入端分別與通信單元的輸出端、數(shù)字接口的輸出端、功率放大器 的輸入端和力采集單元的輸出端連接；控制系統(tǒng)分別通過通信單元讀取力設定值，通過力 采集單元讀取力反饋值對其進行操作，通過數(shù)字接口讀取力促動器的輸出力的限位狀態(tài)信 息；數(shù)模轉換器的輸入端與控制系統(tǒng)的輸出端連接，所述數(shù)模轉換器將控制系統(tǒng)輸出的電 流設定值由數(shù)字信號轉換為模擬信號，以提供給電流控制器；所述電流控制器的輸出端與 功率放大器的輸入端連接，功率放大器的輸出端分別與直流電機接口和電流采樣單元連 接；所述電流采樣單元用來采集電流控制器提供的電流反饋值，所述電流控制器用來控制 直流電機的電樞電流，保證電流的快速、穩(wěn)定輸出，提高力矩剛度，同時抑制外界擾動；功率 放大器用來將電流驅(qū)動信號放大，以驅(qū)動直流電機的轉動；數(shù)字接口的輸出端與功率放大 器的另一個輸入端連接，數(shù)字接口用來接入力促動器的限位狀態(tài)信息，保證力促動器在到 達限位位置后，及時停止直流電機的轉動，避免力促動器的輸出力超出規(guī)定的安全范圍；所 述力采集單元的輸入端與傳感器接口連接，力采集單元通過傳感器接口獲得力促動器的輸 出力；傳感器接口與電源模塊連接。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明針對直流電機型力促動器采用的控制方法及電控裝 置，無需使用額外的位置傳感器，同時降低了力促動器電控系統(tǒng)的復雜度，有效的提高了力 促動器的控制精度和穩(wěn)定性，本發(fā)明采用三閉環(huán)的控制策略對力促動器本身具有的非線性 及外界擾動起到了抑制作用。


圖1是本發(fā)明控制方法原理圖；圖2為本發(fā)明電控裝置的結構示意圖。圖中1、力控制器，2、力速度控制器，3、電流控制器，4、功率放大器，5、除法單元， 6、電流采集單元，7、延遲單元，8、力采集單元，8-1、模擬信號調(diào)理單元，8-2、模數(shù)轉換器，9、 力促動器，9-1、直流電機，9-2、LoadCell (力傳感器)，10、通信接口，11、電源接口，12、串 行通信轉換器，13、電源濾波器，14、穩(wěn)壓電源，15、傳感器接口，16、控制系統(tǒng)，17、數(shù)字接口， 18、數(shù)模轉換器，19、直流電機接口，20、通信單元，21、電源模塊。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1說明本實施方式，一種直流電機型力促動器的控制方法，該方法由以下步驟實現(xiàn)步驟一控制系統(tǒng)16獲得力設定值Fr ；步驟二 將力采集單元8輸出的力反饋值Fb送入控制系統(tǒng)16 ； 步驟三將步驟一獲得的力設定值Fr與步驟二獲得的力反饋值Fb進行減法操作，獲得力誤差值ef，采用控制系統(tǒng)16中的力控制器1對所述力誤差值ef進行校正，并將校正 結果作為控制系統(tǒng)16中的力速度控制器2的力速度設定值Vr ；步驟四控制系統(tǒng)16將步驟二獲得的力反饋值Fb與經(jīng)過延遲單元7獲得的力反 饋值Fbl相減，然后將相減后獲得的結果除以延遲單元7產(chǎn)生的延遲時間T，獲得力速度反 饋值Vb ；步驟五將步驟三獲得的力速度設定值Vr與步驟四獲得的力速度反饋值Vb進行 減法操作，獲得差值ev，采用控制系統(tǒng)16中的力速度控制器2對所述差值ev進行校正，并 將校正結果作為直流電機9-1的電流設定值Ir ；步驟六將步驟五獲得的直流電機9-1的電流設定值Ir與電流采樣單元6獲得的 電流反饋值Ib進行減法操作，獲得差值電流ei，采用電流控制器3對所述差值電流ei進行 校正，采用功率放大器4對校正后的結果進行放大，控制直流電機9-1的旋轉，對力促動器 9進行控制。本實施方式所述力控制器1、力速度控制器2和電流控制器3采用的是比例-積分 控制器或者純比例控制器；所述的電流采樣單元6由高精度電流采樣電阻和運算放大器組 成；所述的力采集單元8用來采集LoadCell 9_2輸出的力信號，電流采樣單元6用來測量 直流電機9-1的電樞電流。本實施方式中的力控制、力速度控制和電流控制均通過閉環(huán)控制的方式自動完 成，其中，力控制器1、力速度控制器2和電流控制器3可以在數(shù)字控制器中通過軟件編程實 現(xiàn)，其中，電流控制器3可以通過硬件電路實現(xiàn)；所述的力速度反饋值Vb不需要額外的傳感 器，只需要一個產(chǎn)生固定延遲時間的延遲單元7，將當前力反饋值Fb與延遲采集的力反饋 值Fbl相減，再除以延遲時間T，獲得力速度反饋值Vb，這種方法省卻了現(xiàn)有技術中的位置 型傳感器，同時便于數(shù)字實現(xiàn)。
具體實施方式
二結合圖2說明本實施方式，用于實現(xiàn)本實施方式的一種直流電 機型力促動器的控制方法的電控裝置，包括通信單元20、電源模塊21、控制系統(tǒng)16、數(shù)模轉 換器18、傳感器接口 15、直流電機接口 19、數(shù)字接口 17 ；它還包括力采集單元8、功率放大 器4、電流控制器3和電流采樣單元6 ；所述控制系統(tǒng)16輸入端分別與通信單元20的輸出端、數(shù)字接口 17的輸出端、功 率放大器4的輸入端和力采集單元8的輸出端連接；控制系統(tǒng)16分別通過通信單元20讀 取力設定值，通過力采集單元8讀取力反饋值對其進行操作，通過數(shù)字接口 17讀取輸出力 的限位狀態(tài)信息；控制系統(tǒng)16的輸出端與數(shù)模轉換器18的輸入端連接，所述數(shù)模轉換器 18將控制系統(tǒng)16輸出的電流設定值由數(shù)字信號轉換為模擬信號，以提供給電流控制器3 ； 所述電流控制器3的輸出端與功率放大器4的輸入端連接，功率放大器4的輸出端分別與 直流電機接口 19和電流采樣單元6連接；所述電流采樣單元6用來采集電流控制器3提供 的電流反饋值，所述電流控制器3還用來控制直流電機的電樞電流，功率放大器4用來將電 流驅(qū)動信號放大，以驅(qū)動直流電機的轉動；功率放大器4的另一個輸入端與數(shù)字接口 17的輸出端連接，數(shù)字接口 17用來接入力促動器的限位狀態(tài)信息，保證力促動器在到達限位位 置后，及時停止直流電機的轉動，避免力促動器的輸出力超出規(guī)定的安全范圍；所述力采集 單元8的輸入端與傳感器接口 15連接，力采集單元8通過傳感器接口 15獲得力促動器的 輸出力；傳感器接口 15與電源模塊21連接。本實施方式所述的電流控制器3是由NPO電容、電阻和放大器0PA277組成的模擬 式比例_積分控制器。
本實施方式所述的數(shù)模轉換器18采用AD7656，所述數(shù)模轉換器18的分辨率為 十六位。本實施方式所述控制系統(tǒng)16作為電控裝置的控制核心，主要包括力控制器1、延 遲單元7、除法單元5和力速度控制器2 ；所述力控制器1的輸出端與力速度控制器2的輸 入端連接，力控制器1的輸入端分別與延遲單元7的輸入端和除法單元5的輸入端連接，延 遲單元7的輸出端與除法單元5的另一個輸入端連接，延遲單元7用來保存力采集單元8上 一時刻采集的力反饋值，除法單元5用來計算力速度反饋值，除法單元5的輸出端與力速度 控制器2的另一個輸入端連接，所述力速度控制器2的輸出端作為控制系統(tǒng)16的輸出端； 所述控制系統(tǒng)16主要完成控制算法校正。本實施方式所述的控制系統(tǒng)16可以是微處理器或者工控機；所述微處理器是DSP 或者單片機。本實施方式所述的力采集單元8由模數(shù)轉換器8-2和模擬信號調(diào)理單元8-1組 成；所述模數(shù)轉換器8-2的輸入端與模擬信號調(diào)理單元8-1的模擬信號輸出端連接；所述 模擬信號調(diào)理單元8-1的模擬信號輸入端作為力采集單元8的信號輸入端，模數(shù)轉換器8-2 的輸出端作為力采集單元8的信號輸出端；所述模擬信號調(diào)理單元8-1用來將測LoadCell 輸出的微弱電壓信號放大，模數(shù)轉換器8-2對放大后的電壓信號進行采樣，最終提供給控 制系統(tǒng)16作為力反饋值。本實施方式所述的模數(shù)轉換器8-2采用AD7744，所述模數(shù)轉換器8_2的分辨率為 十六位；所述的模擬信號調(diào)理單元8-1采用儀表放大器AD620。本實施方式所述的通信單元20由串行通信轉換器、通信接口組成，可以實現(xiàn)所述 的控制系統(tǒng)16的串口控制，以及多臺電控裝置的組網(wǎng)控制。本實施方式所述的通信單元21由電源接口 10、電源濾波器13和穩(wěn)壓電源14組 成，電源接口 10接入外部供電電源，經(jīng)電源濾波器13處理，為所述的電控裝置提供穩(wěn)定的 直流供電電源，穩(wěn)壓電源14與傳感器接口 15連接，輸出高精度的IOV電壓信號，用于給測 LoadCell提供激勵電壓。
具體實施方式
三結合圖1和圖2說明本具體實施方式
，本實施方式為具體實施方 式一的實施例本實施例所述的控制系統(tǒng)16為DSP ；具體的實現(xiàn)過程為一、DSP通過串行通信轉換器12讀取上位機發(fā)送的力設定值 Fr ；二、DSP通過力采集單元8以Ims為固定采樣周期采集力反饋值Fb ；三、DSP將力設定 值Fr與力反饋值Fb作差，并將力誤差值ef送入力控制器1校正，校正結果作為力速度控 制器2的力速度設定值Vr ；四、DSP將已獲得的力反饋值Fb與經(jīng)過延遲單元7獲得的力反 饋值Fbl相減，其差值除以采樣周期T，獲得力速度反饋值Vb ；五、DSP將力控制器1的校正結果，即力速度設定值Vr與力速度反饋值Vb相減，其差值ev送入力速度控制器2校正，校 正結果作為電流控制器3的電流設定值Ir ；六、電流設定值Ir與電流反饋值Ib相減，其差 值電流ei送電流控制器3校正，最終通過功率放大器4的放大，控制直流電機9-1的旋轉， 從而產(chǎn)生所需要的輸出力。本實施例所述的DSP具有限位保護功能，所述DSP通過數(shù)字接口 17讀取限位狀態(tài) 信息，控制功率放大器4的輸出，保證力促動器在到達限位位置后，及時停止直流電機9-1 的轉動，避免力促動器的輸出力超出規(guī)定的安全范圍。 本實施例中所述的調(diào)整過程，包括力控制、力速度控制、電流控制全部通過閉環(huán)控 制的方式自動完成，當力促動器9輸出力滿足設定力要求時，即力誤差值ef小于一定閾值 時，關斷功率放大器4的輸出，從而降低直流電機9-1和功率放大器4本身的發(fā)熱量，減少 力促動器對光學系統(tǒng)的影響，本系統(tǒng)閾值實際選取5mN，在保證力控制精度和穩(wěn)定性的同 時，有效地避免了力促動器的頻繁調(diào)節(jié)。本實施例的裝置與具體實施方式
二所述裝置及裝置的連接方式相同；所述電源接口 11接入士 15V或+5V供電電源，經(jīng)電源濾波器13處理，為所述的控 制系統(tǒng)16提供穩(wěn)定的直流供電電源；DSP作為系統(tǒng)控制核心，其型號為TMS320F2812，主要 完成與外部通信、讀取力反饋值Fb、控制算法校正、模擬電壓輸出，并且可以通過數(shù)字接口 17讀取限位狀態(tài)；其中，控制算法通過軟件實現(xiàn)，(力控制器1和力速度控制器2)，從而使 力促動器成為一個三閉環(huán)控制系統(tǒng)16 ；所述的模數(shù)轉換器8-2和數(shù)模轉換器18分別采用 AD7656和AD7744，均為16位分辨率；力采集單元8為所述的控制系統(tǒng)16提供力反饋信號， 其中，模擬信號調(diào)理單元8-1主要采用儀表放大器AD620，所述傳感器接口 15用于連接外 部LoadCell 9-2 ；穩(wěn)壓電源14選用LT1764，要求輸出高精度的IOV電壓信號，以便用于給 LoadCell 9_2提供激勵電壓；所述電流控制器3、電流采樣單元6、功率放大器4構成硬件 電流環(huán)，驅(qū)動直流電機9-1的運轉，其中，電流控制器3用于實現(xiàn)電流誤差信號的校正，選擇 合適的電阻、電容值，可以實現(xiàn)電流信號的快速穩(wěn)定輸出；所述的電流采樣單元6主要通過 電流采樣電阻將電流信號轉換為電壓信號，并經(jīng)過運算放大器進行放大處理，為所述的電 流控制器3提供電流反饋信號；所述的功率放大器4采樣線性功率放大器4，具有線性好、 死區(qū)小、無高頻諧波等優(yōu)點；DSP通過數(shù)模轉換器18輸出模擬電壓信號，所述模擬電壓信號 作為電流控制器3的輸入信號，直接反映了直流電機9-1電樞電流的大?。淮型ㄐ呸D換器 12采用VP485芯片，主要實現(xiàn)RS485協(xié)議，DSP通過串行通信轉換器12的VP485芯片與外 部進行數(shù)據(jù)通信，主要接收來自上位機的命令信息，以及向上位機發(fā)送所述的控制系統(tǒng)16 的當前狀態(tài)信息，如當前輸出力值、限位狀態(tài)值等。本發(fā)明的原理本發(fā)明采用三閉環(huán)控制方式，分別為內(nèi)環(huán)、中間環(huán)和外環(huán)，所述內(nèi) 環(huán)為電流環(huán)，主要由電流控制器3、功率放大器4，電流采樣單元6組成，電流環(huán)的控制方式 采用硬件電路實現(xiàn)；中間環(huán)為力速度環(huán)，主要由力速度控制器2、除法單元5、延遲單元7、力 采集單元8組成，外環(huán)為力控制環(huán)，主要由力控制器1和力采集單元8組成，其中，力控制器 1、力速度控制器2、除法單元5和延遲單元7均在控制系統(tǒng)16內(nèi)通過軟件實現(xiàn)。所述力速 度環(huán)的設計在于使輸出力按照指定的要求變化，避免過快運動給系統(tǒng)帶來沖擊，或者過慢 調(diào)整達不到系統(tǒng)的控制要求；電流環(huán)用來控制直流電機的電樞電流，保證電流的快速、穩(wěn)定 輸出，提高力矩剛度，同時抑制外界擾動；力控制環(huán)的作用在于保證輸出力的快速、準確和穩(wěn)定。 本發(fā)明具體按照先電流環(huán)，后力速度環(huán)，最后是力控制環(huán)的順序依次整定。其中，選擇電流控制器3的比例系數(shù)和積分系數(shù)時，要和直流電機9-1的電樞電阻、電感值相匹 配，目的在于保證電流環(huán)的快速穩(wěn)定跟蹤；力速度控制器2選擇合適的比例系數(shù)和積分系 數(shù)，目的在于保證力促動器輸出力的變化要快速平穩(wěn)；力控制器1選擇合適的比例系數(shù)，目 的在于保證力促動器輸出力的準確性和穩(wěn)定性。在實現(xiàn)上，控制系統(tǒng)16通過力采集單元8 以IkHz采樣頻率采集力反饋值Fb，延遲單元7由存儲器實現(xiàn)，存儲上一采樣周期獲得的力 反饋值Fbl，力速度反饋值Vb是由當前力反饋值Fb和上一采樣周期的力反饋值Fbl進行后 向差分運算獲得，力速度環(huán)在控制上采用PI控制算法。考慮到力速度環(huán)到力環(huán)存在一個積 分環(huán)節(jié)，采用一個比例控制器就可以實現(xiàn)對階躍響應的無靜差跟蹤，因此，力控制環(huán)可以采 用簡單的比例控制器，也可以采用比例-積分控制算法，本發(fā)明實際采用的是比例控制器； 當力促動器輸出力滿足設定力要求時，可關斷功率放大器4的電流輸出，從而降低直流電 機9-1和功率放大器4本身的發(fā)熱量，以減少力促動器對光學系統(tǒng)的影響；當改變設定力要 求或者力促動器受到外界擾動時，力促動器的輸出力會偏離設定值，控制系統(tǒng)16將開啟功 率放大器4，同時通過力控制器1、力速度控制器2和電流控制器3進行自動調(diào)節(jié)，保證輸出 力的準確性和穩(wěn)定性。
權利要求
一種直流電機型力促動器的控制方法，其特征是，它的具體步驟為步驟一控制系統(tǒng)(16)獲得力設定值Fr；步驟二將力采集單元(8)獲得力反饋值Fb送入控制系統(tǒng)(16)；步驟三將步驟一獲得的力設定值Fr與步驟二獲得的力反饋值Fb進行減法操作，獲得力誤差值ef，采用控制系統(tǒng)(16)中的力控制器(1)對所述力誤差值ef進行校正，并將校正結果作為控制系統(tǒng)(16)中的力速度控制器(2)的力速度設定值Vr；步驟四控制系統(tǒng)(16)將步驟二獲得的力反饋值Fb與經(jīng)過延遲單元(7)獲得的力反饋值Fb1相減，然后將相減后的結果除以延遲單元(7)產(chǎn)生的延遲時間T，獲得力速度反饋值Vb；步驟五將步驟三獲得的力速度設定值Vr與步驟四獲得的力速度反饋值Vb進行減法操作，獲得差值ev，采用控制系統(tǒng)(16)中的力速度控制器(2)對所述差值ev進行校正，并將校正結果作為直流電機(9-1)的電流設定值Ir；步驟六將步驟五獲得的直流電機(9-1)的電流設定值Ir與電流采樣單元(6)獲得的電流反饋值Ib進行減法操作，獲得差值電流ei，采用電流控制器(3)對所述差值電流ei進行校正，采用功率放大器(4)對校正后的結果進行放大，控制直流電機(9-1)的旋轉，對力促動器(9)進行控制。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種直流電機型力促動器的控制方法，其特征在于，所述力 控制器(1)、力速度控制器⑵和電流控制器⑶采用的是比例-積分控制器或者純比例控 制器。
3.一種直流電機型力促動器的電控裝置，包括通信單元(20)、電源模塊(21)、控制系 統(tǒng)(16)、數(shù)模轉換器(18)、傳感器接口(15)、直流電機接口(19)、數(shù)字接口(17)；其特征 是，它還包括力采集單元(8)、功率放大器(4)、電流控制器(3)和電流采樣單元(6)；所述控制系統(tǒng)(16)輸入端分別與通信單元(20)的輸出端、數(shù)字接口(17)的輸出端、 功率放大器(4)的輸入端和力采集單元(8)的輸出端連接；控制系統(tǒng)(16)分別通過通信單 元(20)讀取力設定值，通過力采集單元(8)讀取力反饋值進行操作，通過數(shù)字接口(17)讀 取力促動器的輸出力的限位狀態(tài)信息；數(shù)模轉換器(18)的輸入端與控制系統(tǒng)(16)的輸出 端連接，所述數(shù)模轉換器(18)將控制系統(tǒng)(16)輸出的電流設定值由數(shù)字信號轉換為模擬 信號，以提供給電流控制器(3)；所述電流控制器(3)的輸出端與功率放大器(4)的輸入端 連接，功率放大器(4)的輸出端分別與直流電機接口(19)和電流采樣單元(6)連接；所述 電流采樣單元(6)用來采集電流控制器(3)提供的電流反饋值，所述電流控制器(3)用來 控制直流電機的電樞電流，功率放大器(4)用來將電流驅(qū)動信號放大，以驅(qū)動直流電機的 轉動；數(shù)字接口(17)的輸出端與功率放大器(4)的另一個輸入端連接，數(shù)字接口(17)用來 接入力促動器的限位狀態(tài)信息；所述力采集單元(8)的輸入端與傳感器接口(15)連接，力 采集單元(8)通過傳感器接口(15)獲得力促動器的輸出力；傳感器接口(15)與電源模塊 (21)連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種直流電機型力促動器的電控裝置，其特征在于，所述 力采集單元(8)由模數(shù)轉換器(8-2)和模擬信號調(diào)理單元(8-1)組成；所述模數(shù)轉換器 (8-2)的輸入端與模擬信號調(diào)理單元(8-1)的模擬信號輸出端連接；所述模擬信號調(diào)理單 元(8-1)的模擬信號輸入端作為力采集單元(8)的信號輸入端，模數(shù)轉換器(8-2)的輸出端作為力采集單元(8)的信號輸出端；所述模擬信號調(diào)理單元(8-1)將測LoadCell輸出 的微弱電壓信號放大，模數(shù)轉換器(8-2)對放大后的電壓信號進行采樣，提供給控制系統(tǒng) (16)作為力反饋值。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種直流電機型力促動器的電控裝置，其特征在于，所述模 擬信號調(diào)理單元(8-1)采用儀表放大器AD620。
6.根據(jù)權利要求3所述的一種直流電機型力促動器的電控裝置，其特征在于，所述控 制系統(tǒng)(16)包括力控制器(1)、延遲單元(7)、除法單元(5)和力速度控制器(2)；所述力控 制器(1)的輸出端與力速度控制器(2)的輸入端連接，力控制器(1)的輸入端分別與延遲 單元(7)的輸入端和除法單元(5)的輸入端連接，延遲單元(7)的輸出端與除法單元(5)的 另一個輸入端連接，延遲單元(7)用來保存力采集單元(8)采集的力反饋值，除法單元(5) 用來計算力速度反饋值，除法單元5的輸出端與力速度控制器(2)的另一個輸入端連接，所 述力速度控制器(2)的輸出端作為控制系統(tǒng)(16)的輸出端。
7.根據(jù)權利要求3所述的一種直流電機型力促動器的電控裝置，其特征在于，控制系 統(tǒng)(16)是微處理器或者工控機。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種直流電機型力促動器的電控裝置，其特征在于，所述微 處理器是DSP或者單片機。
9.根據(jù)權利要求3所述的一種直流電機型力促動器的電控裝置，其特征在于，所述電 流控制器⑶是由NPO電容、電阻和放大器0PA277組成的模擬式比例-積分控制器。
10.根據(jù)權利要求3所述的一種直流電機型力促動器的電控裝置，其特征在于，所述電 流采樣單元(6)由電阻和運算放大器組成。
全文摘要
一種直流電機型力促動器的控制方法及電控裝置，涉及天文望遠鏡主動光學系統(tǒng)，為了解決現(xiàn)有步進電機作為力促動器時驅(qū)動電路復雜，在算法實現(xiàn)上采用單一的力閉環(huán)控制，采用直流電機需要配置外部位置傳感器，并且輸出力的精度低、穩(wěn)定性差的問題。其控制方法為控制系統(tǒng)獲得力設定值Fr與力反饋值Fb；將Fr與Fb相減后得力誤差值ef，對ef校正，得力速度設定值Vr；控制系統(tǒng)將Fb與力反饋值Fb1相減后除以延遲時間T，得力速度反饋值Vb；將Vr與Vb相減，得差值ev，對ev進行校正后作為電流設定值Ir；將Ir與Ib相減，得差值電流ei，采用電流控制器對ei校正后輸出。本發(fā)明裝置適用于力促動器的控制領域。
文檔編號G02B26/08GK101840064SQ201010152279
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權日2010年4月22日
發(fā)明者張麗敏, 張斌, 李洪文, 王帥, 陰玉梅 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所