[發(fā)明專利]實(shí)現(xiàn)天文望遠(yuǎn)鏡扭轉(zhuǎn)角非線性干擾補(bǔ)償?shù)目刂葡到y(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210319991.0
• 申請(qǐng)日: 2012-09-03
• 公開（公告）號(hào): CN102789242A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊世海;王國(guó)民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）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
• 主分類號(hào): G05D3/12
• 分類號(hào): G05D3/12
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務(wù)所 32230
• 代理人: 栗仲平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非線性干擾補(bǔ)償?shù)目刂品椒ǎ唧w涉及一種實(shí)現(xiàn)天文望遠(yuǎn)鏡扭轉(zhuǎn)角非線性干擾補(bǔ)償?shù)目刂葡到y(tǒng)。本發(fā)明是國(guó)家自然科學(xué)基金（10778630）“極大望遠(yuǎn)鏡摩擦傳動(dòng)滑移動(dòng)態(tài)修正系統(tǒng)的研究”和國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（11073034）“南極大口徑天文光學(xué)望遠(yuǎn)鏡低速高精度跟蹤中的低溫非線性干擾補(bǔ)償?shù)难芯俊保ńK省“333”工程共同資助項(xiàng)目）的研究成果。

背景技術(shù)

摩擦驅(qū)動(dòng)是一種非常好的天文望遠(yuǎn)鏡的驅(qū)動(dòng)方式。天文望遠(yuǎn)鏡采用摩擦驅(qū)動(dòng)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)單，同性能要求下，摩擦驅(qū)動(dòng)的成本最低，即摩擦驅(qū)動(dòng)的性價(jià)比最高；沒有周期性累積誤差，沒有空回；望遠(yuǎn)鏡運(yùn)動(dòng)時(shí)傳動(dòng)平穩(wěn)，無振動(dòng)，響應(yīng)速度比較快，在低速下能夠獲得很高傳動(dòng)精度；摩擦驅(qū)動(dòng)輪和被驅(qū)動(dòng)的有比較大的傳動(dòng)比，意味著降低了電機(jī)的力矩要求和低速性能要求，從而可以買到系列化的商用電機(jī)，一般無需特別定制電機(jī)，從而大大降低了造價(jià)。

目前國(guó)內(nèi)外許多知名的大口徑望遠(yuǎn)鏡采用外圓滾動(dòng)摩擦，傳動(dòng)副由主動(dòng)輪和從動(dòng)輪組成，從動(dòng)輪直接與望遠(yuǎn)鏡本體同軸安裝。主動(dòng)輪在加壓裝置的作用下壓緊從動(dòng)輪，電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪，通過主從兩輪的外圓柱接觸表面間的摩擦力來傳遞運(yùn)動(dòng)。滾動(dòng)摩擦傳動(dòng)主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)軸線和從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)軸線在空間的理想位置應(yīng)該是平行的，但由于安裝誤差或長(zhǎng)期運(yùn)行后在重力作用下支撐結(jié)構(gòu)的變形等原因，它們的旋轉(zhuǎn)軸線在空間存在夾角。其中主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)軸線和從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)軸線在結(jié)合處的切向平面內(nèi)的夾角稱之為扭轉(zhuǎn)角，如圖1所示。扭轉(zhuǎn)角是一種特殊的非線性干擾，它使得主動(dòng)輪A和從動(dòng)輪B的接觸面發(fā)生變化，由整個(gè)厚度上的接觸矩形面，縮小到只占原來接觸面很小的一段圓面，接觸面積大大減小，這樣會(huì)引起主動(dòng)輪和從動(dòng)輪之間的滑移。

存在扭轉(zhuǎn)角的摩擦傳動(dòng)類似于扭輪摩擦傳動(dòng)。由于扭轉(zhuǎn)角的存在，摩擦力在摩擦輪旋轉(zhuǎn)軸線的方向上產(chǎn)生分力，在此分力的作用下，摩擦輪沿軸向會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，但這種軸向運(yùn)動(dòng)是受限制的，取而代之的是結(jié)構(gòu)的彈性變形。在采用摩擦驅(qū)動(dòng)的天文望遠(yuǎn)鏡工作過程中，這種彈性變形越來越大，相應(yīng)的彈性回復(fù)力也在不斷增大。當(dāng)彈性回復(fù)力超過摩擦輪接觸面之間的摩擦力時(shí)，摩擦輪將“突跳”回平衡位置。一般而言從動(dòng)輪與望遠(yuǎn)鏡本體相連，重量大且剛性很高，主動(dòng)輪支撐的剛性相比而言差一些。所以，這種“突跳”大多發(fā)生在主動(dòng)輪上。扭轉(zhuǎn)角對(duì)望遠(yuǎn)鏡造成的干擾是一種特殊的非線性干擾，其最終會(huì)使得被驅(qū)動(dòng)負(fù)載發(fā)生波動(dòng)，進(jìn)而影響望遠(yuǎn)鏡的低速平穩(wěn)性和跟蹤天體的精度。目前在天文望遠(yuǎn)鏡領(lǐng)域，對(duì)于這種扭轉(zhuǎn)角非線性干擾的沒有切實(shí)可行的技術(shù)方案。只能是依靠望遠(yuǎn)鏡指向跟蹤系統(tǒng)的控制算法（如經(jīng)典PID）自身的魯棒性，對(duì)扭轉(zhuǎn)角造成的的突跳進(jìn)行抑制。但是效果往往不能令人滿意，充其量只能在一定程度上減輕突跳對(duì)望遠(yuǎn)鏡低速跟蹤精度造成的影響。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N?200810020722.8的專利公開了一種極大天文望遠(yuǎn)鏡滾動(dòng)摩擦傳動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)角動(dòng)態(tài)修正系統(tǒng)。通過采用這套動(dòng)態(tài)修正系統(tǒng)，使得摩擦傳動(dòng)過程中主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)軸線和從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)軸線在切向始終保持平行，保證主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)同步，避免“突跳”現(xiàn)象的發(fā)生，保證望遠(yuǎn)鏡能穩(wěn)定工作。申請(qǐng)?zhí)枮镃N?200810020722.8的專利技術(shù)以機(jī)械設(shè)計(jì)為主。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)天文望遠(yuǎn)鏡扭轉(zhuǎn)角非線性干擾補(bǔ)償?shù)目刂葡到y(tǒng)。要解決的技術(shù)問題是，自動(dòng)檢測(cè)與補(bǔ)償天文望遠(yuǎn)鏡扭轉(zhuǎn)角對(duì)望遠(yuǎn)鏡造成的非線性干擾，從而消除被驅(qū)動(dòng)負(fù)載發(fā)生的波動(dòng)，提高望遠(yuǎn)鏡的低速平穩(wěn)性和跟蹤天體的精度。本發(fā)明是在申請(qǐng)?zhí)枮镃N?200810020722.8的專利技術(shù)的基礎(chǔ)上的進(jìn)一步開發(fā)與改進(jìn)。本發(fā)明針對(duì)的是控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種實(shí)現(xiàn)天文望遠(yuǎn)鏡扭轉(zhuǎn)角非線性干擾補(bǔ)償?shù)目刂葡到y(tǒng)，該系統(tǒng)包括扭轉(zhuǎn)角檢測(cè)系統(tǒng)與扭轉(zhuǎn)角補(bǔ)償修正系統(tǒng)，其特征在于，所述的扭轉(zhuǎn)角檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)有測(cè)量機(jī)構(gòu)用來測(cè)量主動(dòng)輪的位置，該測(cè)量機(jī)構(gòu)的位置信號(hào)，實(shí)時(shí)反饋給所述扭轉(zhuǎn)角補(bǔ)償修正系統(tǒng)中的工控機(jī)；該工控機(jī)的輸出信號(hào)控制補(bǔ)償電機(jī)旋轉(zhuǎn)，該補(bǔ)償電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使安裝主動(dòng)輪的彈性板傾斜，進(jìn)而使主動(dòng)輪扭轉(zhuǎn)一個(gè)角度，形成對(duì)所述扭轉(zhuǎn)角的補(bǔ)償。

這是一個(gè)位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的優(yōu)化方案中，

所述的扭轉(zhuǎn)角檢測(cè)系統(tǒng)中的測(cè)量機(jī)構(gòu)，推薦采用直線光柵尺用來測(cè)量主動(dòng)輪的位置；

所述的工控機(jī)，其內(nèi)部插有PCL-728的模擬量輸出卡，該P(yáng)CL-728的模擬量輸出卡輸出信號(hào)控制補(bǔ)償電機(jī)；

所述的工控機(jī)與補(bǔ)償電機(jī)的聯(lián)接關(guān)系推薦：所述的工控機(jī)內(nèi)部PCL-728的模擬量輸出卡的輸出信號(hào)通過一臺(tái)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)一臺(tái)有刷直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)；