專利名稱：大型天文望遠(yuǎn)鏡中位移促動(dòng)器的智能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天文望遠(yuǎn)鏡的控制機(jī)構(gòu)，特別是一種大型天文望遠(yuǎn)鏡中位移促動(dòng)器的智能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
主動(dòng)光學(xué)是80年代發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)。主動(dòng)光學(xué)是克服望遠(yuǎn)鏡誤差(主要是重力變形和熱變形誤差)，使望遠(yuǎn)鏡的像質(zhì)提高，造價(jià)降低，使特大望遠(yuǎn)鏡的建造成為可能。主動(dòng)光學(xué)技術(shù)又可分為兩大類薄鏡面主動(dòng)光學(xué)技術(shù)和拼接鏡面主動(dòng)光學(xué)技術(shù)。大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡(以下簡(jiǎn)稱LAMOST)中的MA鏡既使用了薄鏡面主動(dòng)光學(xué)技術(shù)又使用了拼接鏡面主動(dòng)光學(xué)技術(shù)。
LAMOST中的主動(dòng)光學(xué)的電控系統(tǒng)部分分別由施密特改正板MA和球面主鏡MB組成。MA由若干塊六角形薄鏡面的“子鏡”拼接成完整的拼接鏡面。為了滿足天文觀測(cè)的需要，在實(shí)時(shí)觀測(cè)中，整個(gè)鏡面需要隨時(shí)變形，其具體方法是每一塊子鏡有三個(gè)支撐點(diǎn)；每塊子鏡的背面設(shè)置有力促動(dòng)器和位移促動(dòng)器，通過(guò)對(duì)薄鏡面施加壓力，促使鏡面由平面鏡變?yōu)榉乔蛎骁R，使整個(gè)拼接鏡面的形狀符合天文觀測(cè)要求。所有的力促動(dòng)器和位移促動(dòng)器由控制系統(tǒng)操縱通過(guò)光學(xué)檢測(cè)為計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制提供反饋信號(hào)，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)解算求出每個(gè)促動(dòng)器作用力的大小，分別發(fā)出指令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)拼接鏡面位移和形變的控制，實(shí)現(xiàn)共焦或共面。MB是37塊子鏡拼接組成，每塊子鏡由三個(gè)位移促動(dòng)器控制鏡面位移。這種方案構(gòu)成的大型天文望遠(yuǎn)鏡，其規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)技術(shù)所說(shuō)的“大型望遠(yuǎn)鏡”的概念，其子鏡可以擴(kuò)展到成千上萬(wàn)，并同時(shí)把位移控制和子鏡變形控制集中在同一個(gè)控制系統(tǒng)里完成。由此帶來(lái)控制對(duì)象的數(shù)量達(dá)到了空前龐大的程度，再與“幾個(gè)納米的分辨率、50納米的控制精度”的技術(shù)要求結(jié)合，給控制系統(tǒng)提出了傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法完成的任務(wù)。
目前的“主動(dòng)光學(xué)控制技術(shù)”包括控制子鏡的位移和控制子鏡的形變。CN01113668.5號(hào)專利說(shuō)明書中公開了一種大型天文望遠(yuǎn)鏡中位移促動(dòng)器的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的鏡面由若干塊六角形薄鏡面的子鏡拼接而成，每一塊子鏡的背面設(shè)置位移促動(dòng)器，并設(shè)置位移傳感器，傳感器連接計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)對(duì)每個(gè)位移促動(dòng)器發(fā)出實(shí)時(shí)指令，控制系統(tǒng)的組成是，由主動(dòng)光學(xué)控制器分別連接若干通用數(shù)字接口，數(shù)字接口接用戶接口控制器，控制器再接位移促動(dòng)器控制器，位移促動(dòng)器控制器接位移促動(dòng)器，子鏡上的位移傳感器接用戶接口控制器。
這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與相應(yīng)的軟件結(jié)合，即可實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)對(duì)所有的促動(dòng)器同時(shí)發(fā)出指令，所有的促動(dòng)器同時(shí)實(shí)時(shí)工作，同時(shí)完成對(duì)每塊子鏡的位移控制和對(duì)鏡面形變的控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在CN01113668.5號(hào)專利技術(shù)方案的基礎(chǔ)上的進(jìn)一步開發(fā)，提供一種包括控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在內(nèi)的大型天文望遠(yuǎn)鏡中位移促動(dòng)器的控制系統(tǒng)，它能實(shí)現(xiàn)所有的促動(dòng)器同時(shí)工作，共同完成對(duì)每塊子鏡的位移控制和對(duì)鏡面形變的控制。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種大型天文望遠(yuǎn)鏡中位移促動(dòng)器的控制系統(tǒng)，由施密特改正板MA、球面主鏡MB、傳感器、智能系統(tǒng)組成，其特征是，智能系統(tǒng)包括主動(dòng)光學(xué)的主控制模塊、MA控制模塊、MB控制模塊、智能控制器控制模塊、位移促動(dòng)器模塊和力促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊；主控制模塊接MA控制模塊和MB控制模塊，MA控制模塊接若干個(gè)智能控制器控制模塊，智能控制器控制模塊包括位移控制器控制模塊和力控制模塊，每個(gè)位移控制器控制模塊接若干個(gè)位移促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊，每個(gè)位移促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊接一個(gè)位移促動(dòng)器，每個(gè)力控制模塊接若干個(gè)力促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊，每個(gè)力促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊接一個(gè)力促動(dòng)器；MB控制模塊接若干個(gè)位移控制器控制模塊，每個(gè)位移控制器控制模塊接若干個(gè)位移促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊，每個(gè)位移促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊接一個(gè)位移促動(dòng)器；智能系統(tǒng)包括以下步驟1、主控制模塊通過(guò)局域網(wǎng)接受總控制模塊發(fā)送的位移促動(dòng)器的分組值和位移量、力促動(dòng)器的分組值、加力值和望遠(yuǎn)鏡運(yùn)行時(shí)的θ值；2、主控制模塊進(jìn)行解算，將位移值轉(zhuǎn)換成每套位移促動(dòng)器中的電機(jī)實(shí)際要走的步數(shù)和位移的方向；將加力值轉(zhuǎn)換成每套力促動(dòng)器中的實(shí)際要走的步數(shù)和加力的方向；3、MA接收主動(dòng)光學(xué)的主控制模塊發(fā)出的命令、數(shù)據(jù)，同時(shí)向各位移控制模塊和力控制模塊發(fā)出指令；MB接收主動(dòng)光學(xué)的主控制模塊發(fā)出的命令、數(shù)據(jù)，向各位移控制模塊發(fā)出控制指令；4、位移控制模塊控制K個(gè)位移促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)K套位移促動(dòng)器中的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行；
力控制模塊控制N個(gè)力促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)N套力促動(dòng)器中的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行；5、位移控制模塊采集各位移促動(dòng)器當(dāng)前的位移值發(fā)送至MA、MB控制模塊；力控制模塊采集各力促動(dòng)器當(dāng)前的加力值發(fā)送至MA控制模塊；6、MA、MB控制模塊將位移促動(dòng)器當(dāng)前的位移值分組，并按照組別發(fā)送至主控制模塊；MA控制模塊將力促動(dòng)器當(dāng)前的加力值分組，并按照組別發(fā)送至主控制模塊7、主控制模塊判斷各位移促動(dòng)器是否走到指定的值，如果第K位移套促動(dòng)器到了指定的值了，就相應(yīng)的停止第K套位移促動(dòng)器運(yùn)行；主控制模塊判斷各力促動(dòng)器是否走到指定的值，如果第N套力促動(dòng)器到了指定的值了，就相應(yīng)的停止第N套力促動(dòng)器運(yùn)行；8、在停止第K套位移促動(dòng)器運(yùn)行后，主控制模塊立即向MA或MB控制模塊發(fā)出低壓維持控制命令，從而使得第K套位移促動(dòng)器處于維持狀態(tài)，或者主控制模塊立即命令第K套位移促動(dòng)器自動(dòng)關(guān)斷驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)；在停止第N套力促動(dòng)器運(yùn)行后，主控制模塊立即向MA控制模塊發(fā)出低壓維持控制命令，從而使得第N力套促動(dòng)器處于維持狀態(tài)，或者主控制模塊立即命令第N力套促動(dòng)器自動(dòng)關(guān)斷驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)。
本發(fā)明通過(guò)局域網(wǎng)得到控制參數(shù)，通過(guò)智能系統(tǒng)主控制模塊同時(shí)控制若干個(gè)位移促動(dòng)器和力控制模塊，每個(gè)促動(dòng)器控制模塊控制一組N套位移促動(dòng)器或力促動(dòng)器，位移促動(dòng)器和力促動(dòng)器同步工作，實(shí)時(shí)改變MA、MB的位置和MA子鏡的非球面面形。
在控制位移促動(dòng)器每個(gè)的動(dòng)作時(shí)，智能系統(tǒng)執(zhí)行下列步驟1、智能控制器控制模塊從主控制模塊得到所控制的位移促動(dòng)器當(dāng)前位移目標(biāo)值XD；2、智能控制器模塊從位移傳感器獲得位移促動(dòng)器的當(dāng)前位移值XC0，并發(fā)送給MA或MB控制模塊、主控制模塊；3、主控制模塊把當(dāng)前值XC0與給定的當(dāng)前目標(biāo)值XD比較，得出位移促動(dòng)器差值矢量ΔX；4、主控制模塊根據(jù)S0=ΔX→K0]]>計(jì)算出電機(jī)應(yīng)運(yùn)行的步數(shù)S0；設(shè)置矢量S1的值為矢量S0；5、主控制模塊根據(jù)電機(jī)應(yīng)運(yùn)行的步數(shù)S0值，判斷位移促動(dòng)器運(yùn)行精度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；如果精度到達(dá)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，主控制模塊發(fā)出指令使驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于斷電自保保持狀態(tài)；如果運(yùn)行精度沒有達(dá)到設(shè)定的要求，主控制模塊判斷位移促動(dòng)器的位移方向；如果ΔX＞0，控制智能控制器模塊執(zhí)行控制位移促動(dòng)器正向位移子程序，使位移促動(dòng)器位移到當(dāng)前目標(biāo)值矢量XD；如果ΔX＜0，主控制模塊控制智能控制器模塊執(zhí)行控制位移促動(dòng)器反向位移子程序，使位移促動(dòng)器加拉力到當(dāng)前目標(biāo)值矢量XD；6、智能控制器模塊采集當(dāng)前值XC1，發(fā)送給MA或MB控制模塊、主控制模塊；7、主控制模塊將當(dāng)前值XC1與給定的目標(biāo)值XD比較，得出矢量ΔX1，并根據(jù)S→2=ΔX→1K0]]>計(jì)算出電機(jī)應(yīng)運(yùn)行的步數(shù)S2；8、根據(jù)S2的值判斷精度RMS是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)如果精度達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，主控制模塊發(fā)出指令使驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于斷電自保保持狀態(tài)；如果精度沒有達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，主控制模塊根據(jù)ΔX1的值判斷位移促動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方向；9、主控制模塊根據(jù)K=K0+ΔX→1S→1+S→2]]>重新設(shè)定位移促動(dòng)器的位移的轉(zhuǎn)換常數(shù)K的值；根據(jù)S→=ΔX→1|K|]]>求出電機(jī)應(yīng)運(yùn)行的步數(shù)S的矢量值；10、智能控制器模塊根據(jù)指令，控制促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊使電機(jī)正向或反向運(yùn)行S步，使位移促動(dòng)器移動(dòng)位移達(dá)到到當(dāng)前目標(biāo)值矢量XD；11、重新執(zhí)行步驟6。
在本發(fā)明中1、單元位移促動(dòng)器K值的確定
X→=KS→+X→C---(1)]]>把單元促動(dòng)器的位移公式定義為方程(1)其中矢量為位移促動(dòng)器的位移目標(biāo)值；矢量S為電機(jī)的步數(shù)；矢量XC為位移促動(dòng)器的當(dāng)前值；K為位移促動(dòng)器的位移的轉(zhuǎn)換常數(shù)。
要解決位移促動(dòng)器的非線性問(wèn)題，首先要解決方程(1)中的K值的K0=X→D-X→0S→---(2)]]>精確性。首先采用實(shí)測(cè)法確定K，記為K0，K0測(cè)試方法定義為方程(2)其中矢量XD為控制位移促動(dòng)器位移當(dāng)前的目標(biāo)值；矢量X0為位移促動(dòng)器的當(dāng)前初始值；矢量S為電機(jī)的當(dāng)前步數(shù)；K0為位移促動(dòng)器的位移轉(zhuǎn)換常數(shù)。
ΔX→=X→D-X→C1---(3)]]>2、單元位移促動(dòng)器變K值的方法S→0=ΔXK0---(4)]]>計(jì)算機(jī)把當(dāng)前值與給定的當(dāng)前目標(biāo)值比較，得出矢量ΔX矢量X與實(shí)測(cè)常數(shù)K0的比為當(dāng)前電機(jī)的步數(shù)，記為矢量S0。計(jì)算機(jī)使用矢量S0值控制位移促動(dòng)器進(jìn)(退)位移到當(dāng)前目標(biāo)值矢量FD。同時(shí)把矢量S0的值送給矢量S1，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)判斷精度RMS≤0.5‰，如果未到指定精度，則
ΔX→1=X→D-X→C1---(5)]]>計(jì)算機(jī)再采集當(dāng)前值與給定的目標(biāo)值比較，得出矢量ΔX1。
S→2=ΔX→1K0---(6)]]>矢量ΔX1與實(shí)測(cè)常數(shù)K0的比為電機(jī)的步數(shù)，記為矢量S2。
K=K0+ΔX→1S→1+S→2---(7)]]>由公式(7)得出變量K，該K值是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)求出。然后計(jì)算機(jī)根據(jù)變量K求出矢量SS→=ΔX→1|K|---(8)]]>本發(fā)明通過(guò)主控模塊對(duì)位移促動(dòng)器位移方向的判斷和控制，實(shí)現(xiàn)了位移促動(dòng)器對(duì)子鏡位移的智能化控制。主控模塊通過(guò)對(duì)電機(jī)運(yùn)行精度的判斷，控制單元位移促動(dòng)器，縮短了促動(dòng)器的運(yùn)行時(shí)間，并可以保證了位移了精度RMS≤50nm，為0.5‰，解決了因機(jī)械加工達(dá)不到的精度要求而產(chǎn)生的非線性問(wèn)題。
在本發(fā)明中，用上述變K值的方法實(shí)現(xiàn)了單元促動(dòng)器的控制；N套位移促動(dòng)器同樣適用，在主控制模塊中對(duì)促動(dòng)器進(jìn)行編組即可實(shí)現(xiàn)，即數(shù)組變量為N。


圖1、圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的程序框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1如圖1、2所示，一種大型天文望遠(yuǎn)鏡中位移促動(dòng)器的控制系統(tǒng)，由施密特改正板MA、球面主鏡MB傳感器、力促動(dòng)器、位移促動(dòng)器和智能系統(tǒng)組成，MA又是由24塊25mm厚的薄鏡面六角形子鏡拼接組成，子鏡背面放置位移促動(dòng)器和力促動(dòng)器，其中位移促動(dòng)器使用的控制電機(jī)是瑞士的步進(jìn)電機(jī)。
MA中的一塊子鏡上的力促動(dòng)器的個(gè)數(shù)取34個(gè)，則本實(shí)施例中的力促動(dòng)器的數(shù)量N＝24×n＝816個(gè)。
MA一塊子鏡上的設(shè)有3個(gè)位移促動(dòng)器，其中一塊為參考鏡，不設(shè)位移促動(dòng)器，則MA的位移促動(dòng)器個(gè)數(shù)K＝(24-1)×3＝69個(gè)在MA拼接的每一個(gè)邊上放置兩個(gè)位移傳感器，即MA中共108個(gè)位移傳感器。
MB是37塊子鏡拼接組成，每塊子鏡由三個(gè)位移促動(dòng)器控制鏡面位移。
MB中位移促動(dòng)器的個(gè)數(shù)K＝(37-1)×3＝108個(gè)在MB拼接的每一個(gè)邊上放置兩個(gè)位移傳感器，即MB中共有180個(gè)位移傳感器。
該控制系統(tǒng)通過(guò)局域網(wǎng)得到位移促動(dòng)器和力促動(dòng)器的控制參數(shù)，控制N個(gè)加力促動(dòng)器和K個(gè)位移促動(dòng)器同時(shí)工作，實(shí)時(shí)改變MA子鏡的非球面面形。
如圖2所示，智能系統(tǒng)包括主動(dòng)光學(xué)的主控制模塊、智能控制器控制模塊，智能控制器控制模塊包括力促動(dòng)器力和位移控制模塊，智能控制器控制模塊控制促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊和位移促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊；總控制模塊通過(guò)局域網(wǎng)接主控制模塊接24個(gè)智能控制器控制模塊，每個(gè)智能控制器控制模塊控制一塊子鏡，每個(gè)智能控制器控制模塊接3個(gè)位移促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊，每個(gè)位移促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊接1個(gè)位移促動(dòng)器。
主控制模塊負(fù)責(zé)接收控制總站通過(guò)局域網(wǎng)發(fā)出的命令、數(shù)據(jù)；負(fù)責(zé)接收MA和MB的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等；對(duì)有關(guān)的數(shù)據(jù)和命令進(jìn)行分析和解算；對(duì)MA和MB發(fā)布控制命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)。
MA控制模塊負(fù)責(zé)接收主動(dòng)光學(xué)的主控制模塊發(fā)出的命令、數(shù)據(jù)；MA的69個(gè)位移促動(dòng)器控制命令和狀態(tài)；MA的k＝108個(gè)位移傳感器的數(shù)據(jù)采集；MA的n＝816加力促動(dòng)器控制命令和狀態(tài)；MA的n＝816個(gè)力傳感器的數(shù)據(jù)采集；位移促動(dòng)器的狀態(tài)和保護(hù)。
MB控制模塊負(fù)責(zé)接收主控制模塊發(fā)出的命令、數(shù)據(jù)；MB的108個(gè)位移促動(dòng)器控制命令和狀態(tài)；MB的k＝180個(gè)位移傳感器的數(shù)據(jù)采集；位移促動(dòng)器的狀態(tài)和保護(hù)。
智能系統(tǒng)的運(yùn)行包括以下步驟首先進(jìn)行初始化，自動(dòng)判斷位移促動(dòng)器是否正常，如有超范圍的自動(dòng)報(bào)警，給出提示；如工作正常，使所有的位移促動(dòng)器處于待命狀態(tài)。然后根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的要求，通過(guò)局域網(wǎng)上位機(jī)發(fā)送到該系統(tǒng)一組位移促動(dòng)器的數(shù)組，其中A為位移矩陣。
A=a11,a12,a13,Λa1ma21,a22,a23,Λa2mΛΛΛΛΛΛΛan1,an2,an3,Λanm]]>主控制模塊根據(jù)下列檢測(cè)和校驗(yàn)方程，采用高斯消元法，用C語(yǔ)言編寫程序解出X，X為位移促動(dòng)器的位移量。
a11x1+a12x2+······a1mxl=-y1a21x1+a22x2+······a2mxl=-y2······an1x1+an2x2+······anmxl=-yJ]]>寫成矩陣形式AX→=-y→]]>用最小二乘法，得方程ATAX→=-ATy→]]>主控制模塊再通過(guò)解算轉(zhuǎn)換成每套位移促動(dòng)器中的步進(jìn)電機(jī)實(shí)際要走的步數(shù)和加力的方向，通過(guò)一個(gè)智能控制模塊控制3套位移促動(dòng)器運(yùn)行，并且自動(dòng)判斷是否走到指定的值，如果第K套位移促動(dòng)器到了指定的值了，就相應(yīng)的停止第K套位移促動(dòng)器運(yùn)行。在停止第K套位移促動(dòng)器運(yùn)行后，主控制模塊立即發(fā)出低壓維持控制命令，從而使得第K套位移促動(dòng)器處于維持狀態(tài)。采用低壓維持的方法來(lái)降低促動(dòng)器的功耗，從而減少促動(dòng)器的熱量對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響。或者主控制模塊立即命令第K套位移促動(dòng)器自動(dòng)關(guān)斷驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)?，F(xiàn)采用了第K套位移促動(dòng)器上的電機(jī)處于斷電自保保持狀態(tài)。
一個(gè)位移控制模塊同時(shí)控制3套位移促動(dòng)器同步工作。使用3套位移促動(dòng)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，作為電控系統(tǒng)已做到了位移范圍±1mm，位移促動(dòng)器的精度達(dá)到了萬(wàn)分之五，RMS≤50nm。該系統(tǒng)通過(guò)局域網(wǎng)得到控制參數(shù)實(shí)時(shí)改變MA子鏡的非球面面形。
1、智能控制器控制模塊從MA控制模塊得到所控制的位移促動(dòng)器當(dāng)前位移目標(biāo)值XD；2、智能控制器模塊從位移傳感器獲得位移促動(dòng)器的當(dāng)前位移值XC0，并發(fā)送給主控制模塊；3、主控制模塊把當(dāng)前值XC0與給定的當(dāng)前目標(biāo)值XD比較，得出位移促動(dòng)器位移差值矢量ΔX；4、主控制模塊根據(jù)S0=ΔX→K0]]>計(jì)算出電機(jī)應(yīng)運(yùn)行的步數(shù)S0；設(shè)置矢量S1的值為矢量S0；5、主控制模塊根據(jù)電機(jī)應(yīng)運(yùn)行的步數(shù)S0值，判斷位移促動(dòng)器運(yùn)行精度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；如果精度到達(dá)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，主控制模塊向MA控制模塊發(fā)出指令使驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于斷電自保保持狀態(tài)；如果運(yùn)行精度沒有達(dá)到設(shè)定的要求，主控制模塊判斷位移促動(dòng)器的位移方向；如果ΔX＞0，主控制模塊控制智能控制器模塊執(zhí)行控制位移促動(dòng)器正向位移子程序，使位移促動(dòng)器位移到當(dāng)前目標(biāo)值矢量XD；如果ΔX＜0，主控制模塊控制智能控制器模塊執(zhí)行控制位移促動(dòng)器反向位移子程序，使位移促動(dòng)器進(jìn)(退)到當(dāng)前目標(biāo)值矢量XD；6、智能控制器模塊采集當(dāng)前值XC1，發(fā)送給MA控制模塊，MA控制模塊發(fā)送給主控制模塊；7、主控制模塊將當(dāng)前值XC1與給定的目標(biāo)值XD比較，得出矢量ΔX1，并根據(jù)S→2=ΔX→1K0,]]>計(jì)算出電機(jī)應(yīng)運(yùn)行的步數(shù)S2；8、根據(jù)S2的值判斷精度RMS是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)如果精度達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，主控制模塊向MA控制模塊發(fā)出指令使驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于斷電自保保持狀態(tài)；如果精度沒有達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，主控制模塊根據(jù)ΔF1的值判斷位移促動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方向；9、主控制模塊根據(jù)K=K0+ΔX→1S→1+S→2]]>重新設(shè)定位移促動(dòng)器的位移的轉(zhuǎn)換常數(shù)K的值；根據(jù)S→=ΔX→1|K|,]]>求出電機(jī)應(yīng)運(yùn)行的步數(shù)S的矢量值；10、智能控制器模塊根據(jù)指令，控制促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊使電機(jī)正向或反向運(yùn)行S步，使位移促動(dòng)器位移到當(dāng)前目標(biāo)值矢量XD；11、重新執(zhí)行步驟6。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的上位機(jī)和智能系統(tǒng)的連接圖，上位機(jī)與下位機(jī)用虛擬硬盤的形式用網(wǎng)線直接通信，發(fā)送各種控制命令及上傳數(shù)據(jù)。下位機(jī)之間采用RS-485通信標(biāo)準(zhǔn)。由于5#下位機(jī)執(zhí)行的任務(wù)相對(duì)較少(控制兩套力促動(dòng)器的運(yùn)行)，故設(shè)定它為主設(shè)備，主設(shè)備在任意指定時(shí)刻與其中一個(gè)從設(shè)備通信。下位機(jī)之間的通信主要是檢查上位機(jī)發(fā)送的命令是否正確與一致，經(jīng)比較正確后執(zhí)行，提高系統(tǒng)的安全性及可靠性。
權(quán)利要求
1.一種大型天文望遠(yuǎn)鏡中位移促動(dòng)器的智能控制系統(tǒng)，由施密特改正板MA、球面主鏡MB、傳感器、智能系統(tǒng)組成，其特征是，智能系統(tǒng)包括主動(dòng)光學(xué)的主控制模塊、MA控制模塊、MB控制模塊、智能控制器控制模塊、位移促動(dòng)器模塊和力促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊；主控制模塊接MA控制模塊和MB控制模塊，MA控制模塊接若干個(gè)智能控制器控制模塊，智能控制器控制模塊包括位移控制器控制模塊和力控制模塊，每個(gè)位移控制器控制模塊接若干個(gè)位移促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊，每個(gè)位移促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊接一個(gè)位移促動(dòng)器，每個(gè)力控制模塊接若干個(gè)力促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊，每個(gè)力促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊接一個(gè)力促動(dòng)器；MB控制模塊接若干個(gè)位移控制器控制模塊，每個(gè)位移控制器控制模塊接若干個(gè)位移促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊，每個(gè)位移促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊接一個(gè)位移促動(dòng)器；智能系統(tǒng)包括以下步驟(1)主控制模塊通過(guò)局域網(wǎng)接受總控制模塊發(fā)送的位移促動(dòng)器的分組值和位移量、力促動(dòng)器的分組值、加力值和望遠(yuǎn)鏡運(yùn)行時(shí)的θ值；(2)主控制模塊進(jìn)行解算，將位移值轉(zhuǎn)換成每套位移促動(dòng)器中的電機(jī)實(shí)際要走的步數(shù)和位移的方向；將加力值轉(zhuǎn)換成每套力促動(dòng)器中的實(shí)際要走的步數(shù)和加力的方向；(3)MA接收主動(dòng)光學(xué)的主控制模塊發(fā)出的命令、數(shù)據(jù)，同時(shí)向各位移控制模塊和力控制模塊發(fā)出指令；MB接收主動(dòng)光學(xué)的主控制模塊發(fā)出的命令、數(shù)據(jù)，向各位移控制模塊發(fā)出控制指令；(4)位移控制模塊控制K個(gè)位移促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)K套位移促動(dòng)器中的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行；力控制模塊控制N個(gè)力促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)N套力促動(dòng)器中的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行；(5)位移控制模塊采集各位移促動(dòng)器當(dāng)前的位移值發(fā)送至MA、MB控制模塊；力控制模塊采集各力促動(dòng)器當(dāng)前的加力值發(fā)送至MA控制模塊；(6)MA、MB控制模塊將位移促動(dòng)器當(dāng)前的位移值分組，并按照組別發(fā)送至主控制模塊；MA控制模塊將力促動(dòng)器當(dāng)前的加力值分組，并按照組別發(fā)送至主控制模塊(7)主控制模塊判斷各位移促動(dòng)器是否走到指定的值，如果第K位移套促動(dòng)器到了指定的值了，就相應(yīng)的停止第K套位移促動(dòng)器運(yùn)行；主控制模塊判斷各力促動(dòng)器是否走到指定的值，如果第N套力促動(dòng)器到了指定的值了，就相應(yīng)的停止第N套力促動(dòng)器運(yùn)行；(8)在停止第K套位移促動(dòng)器運(yùn)行后，主控制模塊立即向MA或MB控制模塊發(fā)出低壓維持控制命令，從而使得第K套位移促動(dòng)器處于維持狀態(tài)，或者主控制模塊立即命令第K套位移促動(dòng)器自動(dòng)關(guān)斷驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)；在停止第N套力促動(dòng)器運(yùn)行后，主控制模塊立即向MA控制模塊發(fā)出低壓維持控制命令，從而使得第N力套促動(dòng)器處于維持狀態(tài)，或者主控制模塊立即命令第N力套促動(dòng)器自動(dòng)關(guān)斷驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的促動(dòng)器的智能控制系統(tǒng)，其特征是，在控制位移促動(dòng)器每個(gè)的動(dòng)作時(shí)，智能系統(tǒng)執(zhí)行下列步驟(1)智能控制器控制模塊從主控制模塊得到所控制的位移促動(dòng)器當(dāng)前位移目標(biāo)值XD；(2)智能控制器模塊從位移傳感器獲得位移促動(dòng)器的當(dāng)前位移值XC0，并發(fā)送給MA或MB控制模塊、主控制模塊；(3)主控制模塊把當(dāng)前值XC0與給定的當(dāng)前目標(biāo)值XD比較，得出位移促動(dòng)器差值矢量ΔX；(4)主控制模塊根據(jù)S0=ΔX→K0]]>計(jì)算出電機(jī)應(yīng)運(yùn)行的步數(shù)S0；設(shè)置矢量S1的值為矢量S0；(5)主控制模塊根據(jù)電機(jī)應(yīng)運(yùn)行的步數(shù)S0值，判斷位移促動(dòng)器運(yùn)行精度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；如果精度到達(dá)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，主控制模塊發(fā)出指令使驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于斷電自保保持狀態(tài)；如果運(yùn)行精度沒有達(dá)到設(shè)定的要求，主控制模塊判斷位移促動(dòng)器的位移方向；如果ΔX＞0，控制智能控制器模塊執(zhí)行控制位移促動(dòng)器正向位移子程序，使位移促動(dòng)器位移到當(dāng)前目標(biāo)值矢量XD；如果ΔX＜0，主控制模塊控制智能控制器模塊執(zhí)行控制位移促動(dòng)器反向位移子程序，使位移促動(dòng)器加拉力到當(dāng)前目標(biāo)值矢量XD；(6)智能控制器模塊采集當(dāng)前值XC1，發(fā)送給MA或MB控制模塊、MA或MB控制模塊再發(fā)送給主控制模塊；(7)主控制模塊將當(dāng)前值XC1與給定的目標(biāo)值XD比較，得出矢量ΔX1，并根據(jù)S→2=ΔX→1K0]]>計(jì)算出電機(jī)應(yīng)運(yùn)行的步數(shù)S2；(8)根據(jù)S2的值判斷精度RMS是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)如果精度達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，主控制模塊發(fā)出指令使驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于斷電自保保持狀態(tài)；如果精度沒有達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，主控制模塊根據(jù)ΔX1的值判斷位移促動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方向；(9)主控制模塊根據(jù)K=K0+ΔX→1S→1+S→2]]>重新設(shè)定位移促動(dòng)器的位移的轉(zhuǎn)換常數(shù)K的值；根據(jù)S→=ΔX→1|K|]]>求出電機(jī)應(yīng)運(yùn)行的步數(shù)S的矢量值；(10)智能控制器模塊根據(jù)指令，控制促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊使電機(jī)正向或反向運(yùn)行S步，使位移促動(dòng)器移動(dòng)位移達(dá)到到當(dāng)前目標(biāo)值矢量XD；(11)重新執(zhí)行步驟(6)。
全文摘要
一種大型天文望遠(yuǎn)鏡中位移促動(dòng)器的智能控制系統(tǒng)，由施密特改正板M
文檔編號(hào)G05D15/00GK1760714SQ20051009419
公開日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2005年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月2日
發(fā)明者崔向群, 張振超, 王佑, 戚永軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)南京天文光學(xué)技術(shù)研究所