[发明专利]大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统

权利要求书

1.一种大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统，本系统包括上位计算机系统和下位计算机系统，其特征在于：

上位计算机系统通过串行通讯与下位计算机DSP的SCI模块连接，上位机实现弧线运动控制系统的在线集中监控、综合管理、性能检测和安全保护等功能；

下位计算机系统包括DSP模块，执行电机，信号采集与比较环节，位置数据处理单片机，下位计算机根据上位计算机的控制指令完成相应的控制算法，并对弧线电机运动控制系统进行实时控制；所述执行电机为弧线电机；所述的信号采集与比较环节中同时设有绝对式编码器和增量式编码器，其中绝对式编码器用于伺服电机换向；增量式编码器用于伺服电机的位置检测；所述的绝对式编码器和增量式编码器的信号通过位置数据处理单片机输出给下位计算机DSP模块；

电机驱动电路采用数字化驱动智能功率模块；

在驱动模块上设有电流检测传感器，该电流检测电路的信号经电流传感器送入DSP的A/D模块，构成闭环控制的电流环；

在功率模块上设有母线电压检测传感器，该电压检测传感器将检测的直流电压信号通过电压传感器送入DSP的A/D转换器中，对电路中出现的过压或欠压信号进行检测和保护；

DSP模块的PWM信号输出经过光电隔离输出给智能功率模块，进而控制执行电机的旋转。

2.根据权利要求1所述的大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统，其特征在于，所述的DSP模块设有以下结构：

(1).电源电路：选用DC/DC转换芯片TPS7333；TPS7333采用S0-8封装，单电压3.3伏输出，具有上电复位功能，同时输出监视引脚SENSE随时监测输出电压，当输出电压不稳定或低于复位门限电压时，复位引脚RESET产生200ms的复位延迟进行保护；

(2).通讯电路：采用DSP的SCI接口完成与上位机的通讯功能，用一片MAX232芯片作为下位机和上位机的通讯接口模块；

(3).仿真接口电路：JTAG扫描逻辑电路用于仿真和测试，采用JTAG实现在线仿真，同时也是调试过程装载数据、代码的唯一通道；通过JTAG接口将仿真器与目标系统相连接；

(4).A/D、D/A转换电路：TMS320LF2812本身自带有两个12位A/D转换模块，共有16个模拟输入通道可用；D/A转换电路输出两路状态变量；

(5).电流采样和保护电路：在弧线运动控制系统中，控制器及时准确的得到绕组中电流大小的信号，以实现电流控制和电流保护电路的设计；

(6).电压采样电路：电压传感器用来测量PWM逆变器直流侧电压，输出的信号用于保护和计算三相输出电压；被测电压输出信号通过滤波放大后直接输入到TMS320F2812的A/D转换器中；

(7).编码器接口：绝对式编码器、增量式编码器的信号送往位置数据处理单片机ARM7，位置数据处理单片机ARM7把这两个信号变换成位置信号、速度信号和换向信号后，其位置值、速度值和换向信号都送往DSP的捕获口QEP；

(8).驱动电路：输出六路PWM信号，经过光电隔离后输出给智能功率模块IPM。

3.根据权利要求1所述的大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统，其特征在于，所述的控制系统主电路的具体结构是：三相交流电压经整流模块，获得直流电压；在直流母线上加有软起动电路，供给由IGBT功率器件组成的三相逆变器；逆变器主电路采用六单元IGBT智能功率模块，系统采用2个磁场平衡式霍尔电流传感器模块分别检测a，c相电流，完成电流的检测。

4.根据权利要求3所述的大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统，其特征在于，所述的驱动智能功率模块中为IGBT功率器件，采用的型号为PM15CZF120，其主电路部分包括五个端子：直流电压输入端P和N及三相交流电压输出端U，V，W；控制部分共18个端子，分别用于驱动电源、PWM信号输入和故障信号输出。

5.根据权利要求4所述的大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统，其特征在于，所述的绝对式编码器是型号为ARS60-F4M03600的绝对式编码器；或者是型号为TRD-K720-YS的绝对式编码器；

所述的增量式编码器采用钢带式光电编码器，用来检测电机的转速和位置，选自型号为ERA-780C的编码器，或型号为RGH24Y30A00A的钢带式编码器。

6.根据权利要求1～5之一所述的大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统，其特征在于，系统采用直接转矩控制结构，其中包括内循环和外循环两个循环，内循环主要完成电压、电流采样、电机定子磁链与转矩观测与电压矢量选择等工作；外循环主要完成速度控制；直接转矩控制算法首先由中断服务程序完成A/D数据采样及保持，然后进行3/2变换；电压矢量计算；电磁转矩计算，幅值计算，实时转速估计；磁链和电磁转矩误差计算，定子磁链区间判别，电压矢量选择，完成相应定时器比较单元的重装载，产生相应的PWM脉宽信号，加载于IPM输出。