[發明專利]音圈電機位移促動器仿真平臺

有效

• 申請號: 201711257574.7
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN107991901B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 李浩;張振超;杜福嘉
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 栗仲平

音圈電機位移促動器仿真平臺及其工作方法，風力仿真機構由步進電機和推力桿構成，第一步進電機下面與推力桿連接，通過滾珠絲桿將第一步進電機角位移轉化為力；負載彈簧和音圈電機磁鋼安裝在移動支撐板上，滾珠絲杠下端與第二步進電機連接上端與移動支撐板連接，移動支撐板下方通過直線軸承垂直移動；音圈電機線圈和負載彈簧與促動器輸出軸同軸，負載彈簧上端與音圈電機的線圈跟促動器輸出軸固定；兩片膜片中間用夾塊和夾板分開，與促動器輸出軸連接固定在；膜片固定在輸出固定架上；推力桿安裝在安裝支架上與促動器輸出軸在同一軸線。本發明輸出精度達到十幾納米，滿足拼接鏡面要求且提供模擬風力外界擾動，可實現高精度控制器的設計及驗證。

技術領域

本發明屬于精密運動控制的技術領域，涉及一種音圈電機位移促動器仿真平臺。

背景技術

自伽利略發明第一臺望遠鏡的400多年間里，天文望遠鏡的口徑做的越來越大，集光能力以及分辨率也越來越高，人們能夠看的越來越遠，越來越清晰。但是傳統天文望遠鏡的光學系統是不做校正的，因此，隨著口徑的增大，重力以及溫度變化對主鏡面型的影響也愈發明顯。為實現更大口徑主鏡的地基式望遠鏡，拼接鏡面技術應運而生。拼接鏡面技術是主動光學技術的一種，當前拼接鏡面技術被廣泛的應用在望遠鏡的設計建造中。美國已建成的10米口徑KECKI、KECKII(凱克望遠鏡)，計劃在夏威夷建造的主鏡口徑30米的TMT(三十米望遠鏡)，歐洲南方天文臺正在建造的39.3米ELT(極大望遠鏡)，南非10米SALT望遠鏡，中國LAMOST(郭守敬望遠鏡)MA施密特反射鏡、MB主鏡以及計劃建造的12米LOT望遠鏡，6.5米口徑JWST(詹姆斯.韋伯太空望遠鏡)都是采用或者即將采用拼接鏡面技術。

位移促動器是拼接鏡面技術中面型控制的執行機構，用于調節子鏡面外的三個自由度(piston、tip、tilt)，使得拼接主鏡的集光能力等效成相同口徑的整塊鏡子。它主要有定位和調整兩種作用。其中，定位指的是將相鄰子鏡間的相對位置維持不變，使主鏡的面型保持不變；調整是在望遠鏡指向跟蹤過程中，因重力、溫度、外界擾動(風力、機架振動)引起的主鏡面型的變化時，通過邊緣傳感器實時的檢測位置變化量，然后控制位移促動器輸出位移量進行實時補償。

當前應用到望遠鏡上的位移促動器主要采用的是機械式微位移促動器機構加高精度縮放裝置。美國10米KECK望遠鏡采用的是減速器絲杠式的微位移促動器加一級精密液壓縮放機構；美國9米HET以及南非10米SALT望遠鏡采用了減速器絲杠型式的微位移促動器加一級精密絲杠縮放機構；中國LAMOST郭守敬望遠鏡MA、MB同樣采用的是減速器加精密絲桿機構。這些位移促動器能夠很好的補償望遠鏡指向跟蹤過程中因重力、溫度變化造成的面型變化。這些擾動的頻率很低，大部分都在0.1HZ以內，當前這種結構的位移促動器能夠很好的補償這些擾動。但是，隨著望遠鏡口徑不斷地增大，風擾以及機架振動對主鏡面型的影響也越來越大。這些擾動的頻率都很高，在幾赫茲甚至幾十赫茲左右，這類機械傳動式的微位移促動器的動態性能已無法滿足要求。因此，需要設計一種新的位移促動器。

發明內容

本發明的目的是提供一種音圈電機位移促動器仿真平臺，實現對促動器位移量的納米級控制，并通過風力仿真機構，模擬望遠鏡在指向跟蹤過程中，因風力作用在鏡面上帶來的擾動，為音圈電機位移促動器提供一個仿真平臺。借助該平臺可以驗證設計的高精度控制器，為望遠鏡拼接主鏡控制提供技術支持。本發明基于音圈電機設計一種位移促動器的仿真平臺，核心部分由音圈電機位移促動器、風力仿真機構組成。