[發明專利]一種用于主動鏡面支撐的力促動器及其控制系統

有效

• 申請號: 202110624368.5
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113311562B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 趙金標;朱慶生;周小軍;李金鵬;黃屾;黃宇珂
• 申請（專利權）人: 中科院南京耐爾思光電儀器有限公司
• 主分類號: G02B7/183
• 分類號: G02B7/183;G02B7/185
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李湘群

本發明公開了一種用于主動鏡面支撐的力促動器及其控制系統。該力促動器包括集成電機與驅動器模塊、壓力傳感器位移控制模塊、壓力傳感器，所述壓力傳感器位移控制模塊包括由壓簧和拉簧并聯組成的并聯單元。該控制系統包括電機驅動系統、壓力傳感器采集系統、上位機，上位機通過主動面形校正方法，獲得壓力傳感器與鏡面的連接位置的鏡面面形對應所需要調整的力，壓力傳感器讀取應變采集模塊采集到的壓力值，作為力促動器的反饋值，通過預定的周期對壓力進行閉環調節，調節后的輸出信號用于控制電機的轉速，將電機的旋轉運動轉換為直線運動，壓縮或拉伸所述并聯單元產生校正力，以進行鏡面面形的精確控制。

技術領域

本發明涉及信息采集領域，特別涉及一種用于天文儀器中鏡面主動支撐的力促動器及其控制系統。

背景技術

天文儀器廣泛用于天文觀測、天體運動規律等重要領域，尤其是天文望遠鏡在科學研究中發揮著極大的作用。當前，天文望遠鏡主要技術發展趨勢朝向大口徑、大視場、觀測精度高等技術方向，且使用環境惡劣，溫度變化范圍大。相應的對系統中關鍵鏡面的面型提出了更高的要求。傳統被動鏡面支撐方式更容易受到重力場環境、溫度梯度等因素引起的鏡面面型變化，使得光學系統成像質量大大降低，而主動光學技術是對天文儀器中的鏡面在制造、安裝、溫度變化及重力場等帶來的誤差進行修正，更好的適應現代天文望遠鏡對更大口徑、更高的成像要求以及更好的滿足環境要求。

主動光學鏡面支撐系統是目前也是未來大口徑天文儀器設計的核心技術之一，目前國內外主動支撐已經在相關天文望遠鏡中使用，力促動器控制系統主要構成包括電機驅動控制系統、力傳感器采集系統及計算機控制系統。通過壓力閉環調節系統可以實現鏡面面型的高精度、高穩定性調整。

目前針對市場上主動鏡面支撐系統中力促動器的控制系統主要是由進口成熟的多通道采集模塊或采用傳統搭建的模擬電路、電機和驅動器分體來實現，這樣的方式主要有以下幾個缺點；一是市場上成熟的多點采集模塊，存在點數受限、成本高、開發不靈活、依賴性比較強的缺點；二是算法復雜、易受外界干擾，精度很難保證；三是力促動器及電機分開控制，這樣帶來控制復雜化，不易于集成，一旦出現問題也不易于排查和檢測。目前急需解決上述鏡面主動支撐系統中的力促動器應變采集系統高度集成、高精度控制及高穩定性。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種用于天文儀器中鏡面主動支撐的力促動器及其控制系統。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種用于主動鏡面支撐的力促動器，包括集成電機與驅動器模塊、壓力傳感器位移控制模塊、壓力傳感器，所述壓力傳感器位移控制模塊包括由壓簧和拉簧并聯組成的并聯單元，所述并聯單元的一端為通過傳動機構及聯軸器連接至集成電機與驅動器模塊的可動端，另一端為固定端，所述并聯單元中穿設有傳輸軸，所述傳輸軸的一端與所述可動端相連，另一端連接所述壓力傳感器，所述壓力傳感器與鏡面連接后所述力促動器可對鏡面面形進行控制。

進一步的，所述壓力傳感器為LoadCell壓力傳感器，所述LoadCell壓力傳感器通過轉接件與鏡面連接。

進一步的，所述壓力傳感器通過柔性桿與并聯單元相連。

一種用于主動鏡面支撐的力促動器的控制系統，包括電機驅動系統、壓力傳感器采集系統、上位機，所述電機驅動系統包括集成電機與驅動器模塊，所述壓力傳感器采集系統包括壓力傳感器、應變采集模塊，所述上位機通過主動面形校正方法，獲得壓力傳感器與鏡面的連接位置的鏡面面形對應所需要調整的力，即力促動器所需要調整的目標理論值，應變采集模塊讀取壓力傳感器采集到的壓力值，作為力促動器的反饋值，通過預定的周期對壓力進行閉環調節，調節后的輸出信號用于控制電機的轉速，將電機的旋轉運動轉換為直線運動，壓縮或拉伸所述并聯單元產生校正力，以進行鏡面面形的精確控制。

進一步的，在鏡面處連接有若干個力促動器，所述電機驅動系統中的每個集成電機與驅動器模塊都設置有CAN接口，上位機通過CAN接口轉換來實現每個電機驅動控制。