[发明专利]音圈电机位移促动器仿真平台

说明书

音圈电机位移促动器仿真平台及其工作方法，风力仿真机构由步进电机和推力杆构成，第一步进电机下面与推力杆连接，通过滚珠丝杆将第一步进电机角位移转化为力；负载弹簧和音圈电机磁钢安装在移动支撑板上，滚珠丝杠下端与第二步进电机连接上端与移动支撑板连接，移动支撑板下方通过直线轴承垂直移动；音圈电机线圈和负载弹簧与促动器输出轴同轴，负载弹簧上端与音圈电机的线圈跟促动器输出轴固定；两片膜片中间用夹块和夹板分开，与促动器输出轴连接固定在；膜片固定在输出固定架上；推力杆安装在安装支架上与促动器输出轴在同一轴线。本发明输出精度达到十几纳米，满足拼接镜面要求且提供模拟风力外界扰动，可实现高精度控制器的设计及验证。

技术领域

本发明属于精密运动控制的技术领域，涉及一种音圈电机位移促动器仿真平台。

背景技术

自伽利略发明第一台望远镜的400多年间里，天文望远镜的口径做的越来越大，集光能力以及分辨率也越来越高，人们能够看的越来越远，越来越清晰。但是传统天文望远镜的光学系统是不做校正的，因此，随着口径的增大，重力以及温度变化对主镜面型的影响也愈发明显。为实现更大口径主镜的地基式望远镜，拼接镜面技术应运而生。拼接镜面技术是主动光学技术的一种，当前拼接镜面技术被广泛的应用在望远镜的设计建造中。美国已建成的10米口径KECKI、KECKII(凯克望远镜)，计划在夏威夷建造的主镜口径30米的TMT(三十米望远镜)，欧洲南方天文台正在建造的39.3米ELT(极大望远镜)，南非10米SALT望远镜，中国LAMOST(郭守敬望远镜)MA施密特反射镜、MB主镜以及计划建造的12米LOT望远镜，6.5米口径JWST(詹姆斯.韦伯太空望远镜)都是采用或者即将采用拼接镜面技术。

位移促动器是拼接镜面技术中面型控制的执行机构，用于调节子镜面外的三个自由度(piston、tip、tilt)，使得拼接主镜的集光能力等效成相同口径的整块镜子。它主要有定位和调整两种作用。其中，定位指的是将相邻子镜间的相对位置维持不变，使主镜的面型保持不变；调整是在望远镜指向跟踪过程中，因重力、温度、外界扰动(风力、机架振动)引起的主镜面型的变化时，通过边缘传感器实时的检测位置变化量，然后控制位移促动器输出位移量进行实时补偿。

当前应用到望远镜上的位移促动器主要采用的是机械式微位移促动器机构加高精度缩放装置。美国10米KECK望远镜采用的是减速器丝杠式的微位移促动器加一级精密液压缩放机构；美国9米HET以及南非10米SALT望远镜采用了减速器丝杠型式的微位移促动器加一级精密丝杠缩放机构；中国LAMOST郭守敬望远镜MA、MB同样采用的是减速器加精密丝杆机构。这些位移促动器能够很好的补偿望远镜指向跟踪过程中因重力、温度变化造成的面型变化。这些扰动的频率很低，大部分都在0.1HZ以内，当前这种结构的位移促动器能够很好的补偿这些扰动。但是，随着望远镜口径不断地增大，风扰以及机架振动对主镜面型的影响也越来越大。这些扰动的频率都很高，在几赫兹甚至几十赫兹左右，这类机械传动式的微位移促动器的动态性能已无法满足要求。因此，需要设计一种新的位移促动器。

发明内容

本发明的目的是提供一种音圈电机位移促动器仿真平台，实现对促动器位移量的纳米级控制，并通过风力仿真机构，模拟望远镜在指向跟踪过程中，因风力作用在镜面上带来的扰动，为音圈电机位移促动器提供一个仿真平台。借助该平台可以验证设计的高精度控制器，为望远镜拼接主镜控制提供技术支持。本发明基于音圈电机设计一种位移促动器的仿真平台，核心部分由音圈电机位移促动器、风力仿真机构组成。