[发明专利]一种抑制风载荷扰动的大型天文望远镜高精度控制系统及方法

说明书

一种抑制风载荷扰动的大型天文望远镜高精度控制系统及方法。提出了一种新型的望远镜控制系统及方法。区别于目前天文望远镜广泛采用的三环控制方法(位置环、速度环、电流环)。本方法引入了加速度闭环回路，并且在此基础上进一步实现了扰动的观测与补偿。构成了一种新型的大型天文望远镜控制模式。此方法能够显著提高系统对抗外部扰动、如风载荷的抗扰能力。对大型望远镜的环境适应能力具有显著的提高。

技术领域

本发明涉及一种能抑制风载荷扰动的天文望远镜高精度控制系统及方法，属于大型天文望远镜跟踪控制技术领域。

背景技术

一般大型天文望远镜都不会在强风下工作。因为当风力较强时(比如大于5级风)，风载荷对仪器的扰动过大，伺服控制系统不能保证跟踪的精度。有些系统因此配备了随动圆顶，用以减弱风载荷对仪器的影响。但是，大型天文望远镜的圆顶都比较笨重(比如中国国家天文台的2.16m望远镜圆顶重达150吨)，当仪器跟踪较快的低轨目标时，随动圆顶会带来对仪器基敦的强烈扰动，影响跟踪的精度。同时圆顶的设置，会影响观测的视宁度。因此在一些对跟踪精度与视宁度要求苛刻的场合，望远镜需要在开放的环境下使用。这时，风载荷的影响尤其明显。

目前一般的大型天文望远镜均采用位置环、速度环、电流环的串级控制。位置环的反馈采用位置测角原件如编码器或光栅尺的测量值进行反馈，速度环测量则采用位置反馈量差分得到。一般的望远镜的控制框图如附图2所示。图中，Cp为位置环调节器、Cv为速度环调节器、Cc为电流环调节器，电流环一般做到电机驱动器内部与转台一起构成被控对象Ga，Ha为力矩扰动传递函数。假设风载荷w的功率密度为Wpsd。可以推导出，仪器位置P的功率密度PPSD为：

Ppsd＝|HpSvSp|2WPSD (1)

其中Hp＝Ha/s2，

Sv是速度环的扰动抑制传递函数，Sp是位置环的扰动抑制传递函数。

还可以得到跟随性能(位置输出与位置输入之比)：

扰动抑制能力(位置输出与力矩扰动之比)：

扰动抑制能力与跟随性能的比：