專利名稱：一種直流電機(jī)型力促動(dòng)器的電控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天文望遠(yuǎn)鏡主動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)，具體涉及一種力促動(dòng)器的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
力促動(dòng)器作為大型天文望遠(yuǎn)鏡主動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)中的重要組成部分，它通過施加壓力或拉力實(shí)時(shí)改變主鏡鏡面的形狀，以修正由于重力、溫度和風(fēng)力等因素造成的鏡面形變。為了達(dá)到所需要的面形精度，每個(gè)力促動(dòng)器對(duì)鏡面施加力的精度要求達(dá)到毫牛頓級(jí)(mN)，并且要求的輸出力在幾分鐘甚至十幾分鐘的時(shí)間內(nèi)具有很高的穩(wěn)定性。這種技術(shù)解決了大型天文望遠(yuǎn)鏡主鏡面的制造難題，但對(duì)控制系統(tǒng)提出了非常高的要求。現(xiàn)有力促動(dòng)器按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同，可分為直流電機(jī)型和步進(jìn)電機(jī)型兩種。一般直流電機(jī)型力促動(dòng)器需要配置位置傳感器，以便進(jìn)行電機(jī)位置、速度調(diào)節(jié)，例如VST望遠(yuǎn)鏡主動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)中的力促動(dòng)器安裝有LVDT位置傳感器，VLT望遠(yuǎn)鏡中的力促動(dòng)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(fù)雜度；所述步進(jìn)電機(jī)型力促動(dòng)器充分利用步距角可細(xì)分控制的優(yōu)點(diǎn)，無需外部位置傳感器即可實(shí)現(xiàn)力促動(dòng)器輸出力的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，但由于步進(jìn)電機(jī)本身的控制及驅(qū)動(dòng)方式，也決定了該系統(tǒng)具有連線多、驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜的缺點(diǎn)，例如在中國發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枮?1113669. 3，公開號(hào)(公告號(hào))CN1343898，專利名稱《大型天文望遠(yuǎn)鏡中力促動(dòng)器的電控系統(tǒng)》的說明書中，提出了一種大型天文望遠(yuǎn)鏡中力促動(dòng)器的電控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用的就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且該步進(jìn)電機(jī)型力促動(dòng)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(qǐng)?zhí)枮?00510094193. 2，公開號(hào) (公告號(hào))CN1752791，專利名稱《大型天文望遠(yuǎn)鏡中力促動(dòng)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(yuǎn)鏡中力促動(dòng)器的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)仍采用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在算法實(shí)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(duì)系統(tǒng)中存在的非線性以及外界擾動(dòng)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(jìn)電機(jī)作為力促動(dòng)器時(shí)驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，在算法實(shí)現(xiàn)上采用單一的力閉環(huán)控制，采用直流電機(jī)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(jī)型力促動(dòng)器的電控裝置。一種直流電機(jī)型力促動(dòng)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(zhuǎn)換器、傳感器接口、直流電機(jī)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
4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(shè)定值，通過力采集單元讀取力反饋值對(duì)其進(jìn)行操作，通過數(shù)字接口讀取力促動(dòng)器的輸出力的限位狀態(tài)信息；數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端與控制系統(tǒng)的輸出端連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器將控制系統(tǒng)輸出的電流設(shè)定值由數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，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(jī)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，所述電流控制器還用來控制直流電機(jī)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(shí)抑制外界擾動(dòng)；功率放大器用來將電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大，以驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；數(shù)字接口的輸出端與功率放大器的另一個(gè)輸入端連接，數(shù)字接口用來接入力促動(dòng)器的限位狀態(tài)信息，保證力促動(dòng)器在到達(dá)限位位置后，及時(shí)停止直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，避免力促動(dòng)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(dòng)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(duì)直流電機(jī)型力促動(dòng)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(shí)降低了力促動(dòng)器電控系統(tǒng)的復(fù)雜度，有效的提高了力促動(dòng)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(duì)力促動(dòng)器本身具有的非線性及外界擾動(dòng)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(jié)構(gòu)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(hào)調(diào)理單元，8-2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，9、力促動(dòng)器，9-1、直流電機(jī)，9-2、LoadCell (力傳感器)，10、通信接口，11、電源接口，12、串行通信轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器，19、直流電機(jī)接口，20、通信單元，21、電源模塊。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，一種直流電機(jī)型力促動(dòng)器的控制方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一控制系統(tǒng)16獲得力設(shè)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(shè)定值Fr與步驟二獲得的力反饋值Fb進(jìn)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(duì)所述力誤差值ef進(jìn)行校正，并將校正結(jié)果作為控制系統(tǒng)16中的力速度控制器2的力速度設(shè)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(jié)果除以延遲單元7產(chǎn)生的延遲時(shí)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(shè)定值Vr與步驟四獲得的力速度反饋值Vb進(jìn)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(duì)所述差值ev進(jìn)行校正，并將校正結(jié)果作為直流電機(jī)9-1的電流設(shè)定值Ir ； 步驟六將步驟五獲得的直流電機(jī)9-1的電流設(shè)定值Ir與電流采樣單元6獲得的電流反饋值Λ進(jìn)行減法操作，獲得差值電流ei，采用電流控制器3對(duì)所述差值電流ei進(jìn)行校正，采用功率放大器4對(duì)校正后的結(jié)果進(jìn)行放大，控制直流電機(jī)9-1的旋轉(zhuǎn)，對(duì)力促動(dòng)器9進(jìn)行控制。 本實(shí)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(yùn)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(hào)，電流采樣單元6用來測量直流電機(jī)9-1的電樞電流。本實(shí)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(dòng)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(shí)現(xiàn)，其中，電流控制器3可以通過硬件電路實(shí)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(gè)產(chǎn)生固定延遲時(shí)間的延遲單元7，將當(dāng)前力反饋值1 與延遲采集的力反饋值相減，再除以延遲時(shí)間T，獲得力速度反饋值Vb，這種方法省卻了現(xiàn)有技術(shù)中的位置型傳感器，同時(shí)便于數(shù)字實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，用于實(shí)現(xiàn)本實(shí)施方式的一種直流電機(jī)型力促動(dòng)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(zhuǎn)換器18、傳感器接口 15、直流電機(jī)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(shè)定值，通過力采集單元8讀取力反饋值對(duì)其進(jìn)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(zhuǎn)換器18的輸入端連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器18將控制系統(tǒng)16輸出的電流設(shè)定值由數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，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(jī)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(jī)的電樞電流，功率放大器4用來將電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大，以驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；功率放大器4的另一個(gè)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(dòng)器的限位狀態(tài)信息，保證力促動(dòng)器在到達(dá)限位位置后，及時(shí)停止直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，避免力促動(dòng)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(dòng)器的輸出力；傳感器接口 15與電源模塊21連接。本實(shí)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(shí)施方式所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器18采用AD7656，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器18的分辨率為十六位。本實(shí)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(gè)輸入端連接，延遲單元7用來保存力采集單元8上一時(shí)刻采集的力反饋值，除法單元5用來計(jì)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(gè)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(shí)施方式所述的控制系統(tǒng)16可以是微處理器或者工控機(jī)；所述微處理器是DSP或者單片機(jī)。本實(shí)施方式所述的力采集單元8由模數(shù)轉(zhuǎn)換器8-2和模擬信號(hào)調(diào)理單元8-1組成；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器8-2的輸入端與模擬信號(hào)調(diào)理單元8-1的模擬信號(hào)輸出端連接；所述模擬信號(hào)調(diào)理單元8-1的模擬信號(hào)輸入端作為力采集單元8的信號(hào)輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器8-2的輸出端作為力采集單元8的信號(hào)輸出端；所述模擬信號(hào)調(diào)理單元8-1用來將測LoadCell輸出的微弱電壓信號(hào)放大，模數(shù)轉(zhuǎn)換器8-2對(duì)放大后的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，最終提供給控制系統(tǒng)16作為力反饋值。本實(shí)施方式所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器8-2采用AD7744，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器8_2的分辨率為十六位；所述的模擬信號(hào)調(diào)理單元8-1采用儀表放大器AD620。本實(shí)施方式所述的通信單元20由串行通信轉(zhuǎn)換器、通信接口組成，可以實(shí)現(xiàn)所述的控制系統(tǒng)16的串口控制，以及多臺(tái)電控裝置的組網(wǎng)控制。本實(shí)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(hào)，用于給測LoadCell提供激勵(lì)電壓。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1和圖2說明本具體實(shí)施方式
，本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式
一的實(shí)施例本實(shí)施例所述的控制系統(tǒng)16為DSP ；具體的實(shí)現(xiàn)過程為一、DSP通過串行通信轉(zhuǎn)換器12讀取上位機(jī)發(fā)送的力設(shè)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1 ；三、DSP將力設(shè)定值Fr與力反饋值1 作差，并將力誤差值ef送入力控制器1校正，校正結(jié)果作為力速度控制器2的力速度設(shè)定值Vr ；四、DSP將已獲得的力反饋值1 與經(jīng)過延遲單元7獲得的力反饋值相減，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(jié)果，即力速度設(shè)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(jié)果作為電流控制器3的電流設(shè)定值Ir ；六、電流設(shè)定值Ir與電流反饋值Λ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(jī)9-1的旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生所需要的輸出力。本實(shí)施例所述的DSP具有限位保護(hù)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(dòng)器在到達(dá)限位位置后，及時(shí)停止直流電機(jī)9-1的轉(zhuǎn)動(dòng)，避免力促動(dòng)器的輸出力超出規(guī)定的安全范圍。本實(shí)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(dòng)完成，當(dāng)力促動(dòng)器9輸出力滿足設(shè)定力要求時(shí)，即力誤差值ef小于一定閾值時(shí)，關(guān)斷功率放大器4的輸出，從而降低直流電機(jī)9-1和功率放大器4本身的發(fā)熱量，減少力促動(dòng)器對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響，本系統(tǒng)閾值實(shí)際選取5mN，在保證力控制精度和穩(wěn)定性的同時(shí)，有效地避免了力促動(dòng)器的頻繁調(diào)節(jié)。本實(shí)施例的裝置與具體實(shí)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(hào)為TMS320F2812，主要完成與外部通信、讀取力反饋值冊(cè)、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(shí)現(xiàn)，(力控制器1和力速度控制器幻，從而使力促動(dòng)器成為一個(gè)三閉環(huán)控制系統(tǒng)16 ；所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器8-2和數(shù)模轉(zhuǎn)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(hào)，其中，模擬信號(hào)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(hào)，以便用于給LoadCell 9_2提供激勵(lì)電壓；所述電流控制器3、電流采樣單元6、功率放大器4構(gòu)成硬件電流環(huán)，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)9-1的運(yùn)轉(zhuǎn)，其中，電流控制器3用于實(shí)現(xiàn)電流誤差信號(hào)的校正，選擇合適的電阻、電容值，可以實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并經(jīng)過運(yùn)算放大器進(jìn)行放大處理，為所述的電流控制器3提供電流反饋信號(hào)；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(diǎn)；DSP通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器18輸出模擬電壓信號(hào)，所述模擬電壓信號(hào)作為電流控制器3的輸入信號(hào)，直接反映了直流電機(jī)9-1電樞電流的大?。淮型ㄐ呸D(zhuǎn)換器12采用VP485芯片，主要實(shí)現(xiàn)RS485協(xié)議，DSP通過串行通信轉(zhuǎn)換器12的VP485芯片與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，主要接收來自上位機(jī)的命令信息，以及向上位機(jī)發(fā)送所述的控制系統(tǒng)16的當(dāng)前狀態(tài)信息，如當(dāng)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(shí)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(shí)現(xiàn)。所述力速度環(huán)的設(shè)計(jì)在于使輸出力按照指定的要求變化，避免過快運(yùn)動(dòng)給系統(tǒng)帶來沖擊，或者過慢調(diào)整達(dá)不到系統(tǒng)的控制要求；電流環(huán)用來控制直流電機(jī)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(shí)抑制外界擾動(dòng)；力控制環(huán)的作用在于保證輸出力的快速、準(zhǔn)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(shí)，要和直流電機(jī)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(dòng)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(dòng)器輸出力的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。在實(shí)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冊(cè)，延遲單元7由存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)，存儲(chǔ)上一采樣周期獲得的力反饋值冊(cè)1，力速度反饋值Vb是由當(dāng)前力反饋值1 和上一采樣周期的力反饋值進(jìn)行后向差分運(yùn)算獲得，力速度環(huán)在控制上采用PI控制算法?？紤]到力速度環(huán)到力環(huán)存在一個(gè)積分環(huán)節(jié)，采用一個(gè)比例控制器就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)階躍響應(yīng)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(shí)際采用的是比例控制器；當(dāng)力促動(dòng)器輸出力滿足設(shè)定力要求時(shí)，可關(guān)斷功率放大器4的電流輸出，從而降低直流電機(jī)9-1和功率放大器4本身的發(fā)熱量，以減少力促動(dòng)器對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響；當(dāng)改變?cè)O(shè)定力要求或者力促動(dòng)器受到外界擾動(dòng)時(shí)，力促動(dòng)器的輸出力會(huì)偏離設(shè)定值，控制系統(tǒng)16將開啟功率放大器4，同時(shí)通過力控制器1、力速度控制器2和電流控制器3進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證輸出力的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種直流電機(jī)型力促動(dòng)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(zhuǎn)換器(18)、傳感器接口(15)、直流電機(jī)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(shè)定值，通過力采集單元(8)讀取力反饋值進(jìn)行操作，通過數(shù)字接口(17)讀取力促動(dòng)器的輸出力的限位狀態(tài)信息；數(shù)模轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器(18)將控制系統(tǒng)(16)輸出的電流設(shè)定值由數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，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(jī)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(jī)的電樞電流，功率放大器(4)用來將電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大，以驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；數(shù)字接口(17)的輸出端與功率放大器(4)的另一個(gè)輸入端連接，數(shù)字接口(17)用來接入力促動(dòng)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(dòng)器的輸出力；傳感器接口(15)與電源模塊(21)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流電機(jī)型力促動(dòng)器的電控裝置，其特征在于，所述力采集單元(8)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(8-2)和模擬信號(hào)調(diào)理單元(8-1)組成；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (8-2)的輸入端與模擬信號(hào)調(diào)理單元(8-1)的模擬信號(hào)輸出端連接；所述模擬信號(hào)調(diào)理單元(8-1)的模擬信號(hào)輸入端作為力采集單元(8)的信號(hào)輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(8-2)的輸出端作為力采集單元(8)的信號(hào)輸出端；所述模擬信號(hào)調(diào)理單元(8-1)將測LoadCell輸出的微弱電壓信號(hào)放大，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(8-2)對(duì)放大后的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，提供給控制系統(tǒng) (16)作為力反饋值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種直流電機(jī)型力促動(dòng)器的電控裝置，其特征在于，所述模擬信號(hào)調(diào)理單元(8-1)采用儀表放大器AD620。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流電機(jī)型力促動(dòng)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(gè)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(jì)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(gè)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。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流電機(jī)型力促動(dòng)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(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種直流電機(jī)型力促動(dòng)器的電控裝置，其特征在于，所述微處理器是DSP或者單片機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流電機(jī)型力促動(dòng)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。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流電機(jī)型力促動(dòng)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(yùn)算放大器組成。
全文摘要
一種直流電機(jī)型力促動(dòng)器的電控裝置，涉及天文望遠(yuǎn)鏡主動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)，為了解決現(xiàn)有步進(jìn)電機(jī)作為力促動(dòng)器時(shí)驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，在算法實(shí)現(xiàn)上采用單一的力閉環(huán)控制，采用直流電機(jī)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(shè)定值Fr與力反饋值Fb；將Fr與Fb相減后得力誤差值ef，對(duì)ef校正，得力速度設(shè)定值Vr；控制系統(tǒng)將Fb與力反饋值Fb1相減后除以延遲時(shí)間T，得力速度反饋值Vb；將Vr與Vb相減，得差值ev，對(duì)ev進(jìn)行校正后作為電流設(shè)定值Ir；將Ir與Ib相減，得差值電流ei，采用電流控制器對(duì)ei校正后輸出。本發(fā)明裝置適用于力促動(dòng)器的控制領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G05B19/04GK102385154SQ201110344568
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所