基于分段弧形永磁同步电机的4m望远镜控制系统

发布时间：2021-11-22 20:31

　　为了满足4 m望远镜控制系统的驱动能力和跟踪精度要求,本文介绍了基于分段弧形永磁同步电机的望远镜伺服控制系统设计方法。首先,介绍了基于分段弧形永磁同步电机的控制系统组成;其次,给出了望远镜伺服系统的控制模型辨识方法;然后,为了实现望远镜大角度调转和小角度阶跃过程中,系统位置响应快速、无超调,设计了基于系统最大速度和加速度信息的位置指令整形算法;最后,介绍了望远镜控制系统的位置和速度控制策略,并进行了望远镜的跟踪控制实验。实验结果显示,当望远镜进行10°的大位置调转和0.2°的小位置阶跃时,伺服系统能够快速、无振荡地到达指定位置;望远镜在10 （°）/s速度和3 （°）/s²加速度条件下的正弦引导误差最大值为2.636″,稳态误差RMS值为0.673″。实验结果表明,所设计的基于分段弧形永磁同步电机的伺服控制系统能够满足4 m望远镜驱动和跟踪精度的要求,为下一代大口径望远镜控制系统的设计提供了参考。 

【文章来源】：光学精密工程. 2020,28(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

图1 分段弧形永磁同步电机控制系统原理框图

分段弧形永磁同步力矩电机在采用id=0的矢量控制方式后,电机控制类似于他励直流电机的控制。对电机施加一定的q轴电压uq,d轴采用电流闭环控制,则电机会以一定速度开环运行。系统的开环测试系统配置如图2所示,首先对系统进行开环测试,断开速度控制器,在q轴电流控制器的指令输入端对系统施加电流正弦扫描信号iq,通过计算机同步记录转台的编码器响应数据。该方法辨识获得的控制模型包括电流闭环控制器、驱动放大部分、电机部分和机械耦合部分。由于电流控制器的闭环带宽通常在100 Hz以上,是望远镜一阶机械谐振频率的2～3倍,电流控制器的传递函数可近似为1,因此,电流环的引入对控制模型的辨识影响较小。输入的正弦扫描信号阶次为3,频率扫描范围为0.1～100 Hz,正弦信号的连续时间序列为:

正弦扫描信号的频率为[f0,fT],扫描时间为Ts,A(t)是正弦激励的幅值,在本文中扫描信号的幅值是固定的,n为多项式的阶次。为了使正弦信号在低频段具有较长的扫描时间,选择多项式的阶次为3,扫描时间为40 s。在进行系统的开环频率特性测试时,为了使系统的输入和输出序列具有相同的量纲,将输入的电流正弦扫描信号乘以速度控制器的增益。用于系统开环频率特性测试的激励和响应信号的时间序列如图3所示,激励信号的正弦幅值为3 A。对激励和响应信号进行离散傅里叶变换,得到激励、响应信号的功率谱密度函数:Puu(ω),Pyy(ω)和Puy(ω),系统的开环传递函数和相干函数定义如下:

【参考文献】：
期刊论文
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[3]天文光学望远镜轴系驱动方式发展概述[J]. 王国民.  天文学进展. 2007(04)
[4]当代光学天文望远镜控制系统新技术[J]. 徐欣圻,徐灵哲,罗秋凤.  天文学进展. 2003(03)

博士论文
[1]4m级望远镜主轴交流伺服控制系统研究[D]. 邓永停.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015



本文编号：3512395