[发明专利]一种力促动器的控制系统和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及天文望远镜主动光学系统的技术领域，具体涉及一种力促动器的控制系统及其相应的控制方法。

背景技术

天文望远镜的口径越大，获取的天体信息就越多，因此，建造巨大口径天文望远镜一直是天文学家不断追求的目标。随着天文望远镜的口径增大，天文望远镜的镜面重力变形和热变形问题也随之增大，导致天文望远镜的像质变差。

为了适应天文望远镜的大口径发展趋势，主动光学技术迅速发展并逐渐成熟。主动光学技术通过检测天文望远镜的波前像差，采用主动元件来实现复杂外界因素下主镜的面形保持或校正，使天文望远镜始终保持优秀的成像质量。主动光学技术不仅可以用来承受主镜的重力，同时还能够实时校正由于制造误差、弹性变形和温度梯度等外部因素所引起的面形误差，以减轻望远镜主镜质量、缩短研磨周期及降低造价，环境适应性强。

力促动器作为天文望远镜主动光学技术中的重要组成部分，它通过施加压力或拉力实时改变主镜镜面的形状，以修正由于重力、温度等因素造成的镜面变形。力促动器在主动光学技术中既是定位支撑机构，也是校正镜面面形的执行机构。

目前，常用的力促动器包括机电式力促动器、液压式力促动器和气动式力促动器。液压式力促动器通过调节精密阀门的流量来调节输出力的大小，结构和控制相对复杂，且液压结构的液体泄露会造成主镜等元器件的污染。气动式力促动器也是通过调节精密阀门的流量来调节输出力的大小，结构和控制相对复杂。机电式力促动器结构简单、控制方便且成本较低，是目前主流应用的力促动器。力促动器的控制精度会直接影响天文望远镜的成像质量。

因此，针对机电式力促动器，目前需要提供一种对力促动器具有高精度的控制系统或控制方法，以保证天文望远镜的成像质量。

发明内容

针对现有机电式力促动器的控制系统或控制方法的精度问题，本发明实施例提出一种力促动器控制系统，该控制系统包括外环力环控制器和内环位置环控制器，采用双闭环控制器，有效地提高了控制精度，进而确保了天文望远镜的成像质量。

该力促动器的控制系统的具体方案如下：一种力促动器的控制系统包括力环控制器，用于接收期望力值信号和实际力值信号且输出计算旋转角度信号；位置环控制器，与所述力环控制器连接，用于接收所述计算旋转角度信号和实际旋转角度信号且输出旋转控制信号；电机驱动器，与所述位置环控制器连接，用于接收所述旋转控制信号；电机，与所述电机驱动器连接，所述电机驱动器按照所述旋转控制信号驱动所述电机旋转；机械传动结构，用于将所述电机的旋转运动转换成直线运动，进而校正天文望远镜的主镜面形。

优选地，所述控制系统还包括力传感器，所述力传感器用于检测所述机械传动结构的实际力值信号。

优选地，所述控制系统还包括采集卡，用于采集所述力传感器所检测到的实际力值信号。

优选地，所述控制系统还包括编码器，所述编码器用于获取所述电机的实际旋转角度信号。

优选地，所述机械传动结构包括丝杠和螺母，所述电机带动所述丝杠旋转、所述螺母与所述丝杠配合并将所述丝杠的旋转运动转变成直线运动。

优选地，所述机械传动结构还包括联轴器和减速器，所述联轴器一端和所述电机连接、另一端与所述减速器连接，所述减速器一端与联轴器连接、另一端与丝杠连接。

优选地，所述力环控制器的输入信号为所述期望力值信号和所述实际力值信号的差值。

优选地，所述位置环控制器为所述计算旋转角度信号和所述实际旋转角度信号的差值。

本发明还提供一种与上述力促动器的控制系统相对应的一种力促动器的控制方法。该力促动器的控制方法的具体技术方案如下：一种力促动器的控制方法包括步骤：设计力环控制器和位置环控制器，并确定所述力环控制器和所述位置环控制器中的相关参数；将期望力值信号和实际力值信号输入所述力环控制器，所述力环控制器计算输出计算旋转角度信号；将所述计算旋转角度信号和电机的实际旋转角度信号输入所述位置环控制器，所述位置环控制器计算输出旋转控制信号；将所述旋转控制信号作为电机驱动器的输入，所述电机驱动器根据所述旋转控制信号驱动电机旋转；所述电机旋转带动机械传动结构运转，机械传动结构将所述电机的旋转运动转换成直线运动，进而校正天文望远镜的主镜面形。

优选地，当所述期望力值信号等于所述实际力值信号时，所述控制方法停止闭环控制。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：