[发明专利]一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统

说明书

本发明涉及一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统，属于大型光学望远镜光学组件精密调整技术领域，该系统包括主控计算机、运动控制器和六个与高精度六自由度光学组件调整机构的轴对应的电机驱动模块，电机驱动模块用于驱动高精度六自由度光学组件调整机构对应轴中的永磁同步电机，运动控制器包括DSP主处理器和与DSP主处理器进行数据交换的FPGA协处理器，电机驱动模块包括伺服驱动器和绝对式编码器。主控计算机与运动控制器之间通过CAN总线实现指令和数据的传输，运动控制器用于实现指令解析、指令缓存、轨迹规划、BISS协议解码、二自由度轨迹控制等功能，完成光学组件精密调整平台的高精度联动定位控制。

技术领域

本发明涉及大型光学望远镜光学组件精密调整技术领域，特别是涉及一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统。

背景技术

大型光学望远镜对主镜与次镜的相对位置和姿态有严格的要求，主次镜相对位姿的变化会造成光路的偏差，导致成像质量的下降和像位置的漂移，影响望远镜的指向精度和跟踪精度。为了保证成像质量，需要对光学组件位姿变化量进行修正。通过校正次镜的位姿，将主镜和次镜的相对位姿偏差限制在允许的精度范围内。因此，设计高精度、高稳定性的调整机构控制系统是十分必要的。

发明内容

基于此，有必要针对需要设计一种高精度、高稳定性的调整机构控制系统的问题，提供一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统。

为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：

一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统，包括主控计算机、运动控制器和六个与高精度六自由度光学组件调整机构的轴对应的电机驱动模块，所述电机驱动模块用于驱动高精度六自由度光学组件调整机构对应轴中的永磁同步电机，所述运动控制器包括DSP主处理器和与所述DSP主处理器进行数据交换的FPGA协处理器，所述电机驱动模块包括伺服驱动器和绝对式编码器；

所述主控计算机通过CAN总线与所述DSP主处理器连接，所述DSP主处理器输出速度指令至所述伺服驱动器，所述伺服驱动器根据所述速度指令驱动所述永磁同步电机；

所述伺服驱动器输出编码器同步时钟信号分别至所述绝对式编码器和所述FPGA协处理器；

所述绝对式编码器与所述永磁同步电机连接，且所述绝对式编码器反馈位置数据信号分别至所述伺服驱动器和所述FPGA协处理器；

所述伺服驱动器包括DSP芯片、速度控制器、绝对式编码器接口和指令解析接口；

所述DSP芯片通过所述绝对式编码器接口向所述绝对式编码器发送所述编码器同步时钟信号和接收所述绝对式编码器反馈的所述位置数据信号；

所述DSP芯片通过所述速度控制器周期性采集所述永磁同步电机的A相和B相电流，通过磁场定向控制算法计算出相电压矢量，并将所述相电压矢量施加到三项半桥，以控制所述永磁同步电机运动；

所述DSP芯片通过所述指令解析接口接收所述速度指令，所述速度指令为单端PWM指令信号；

所述DSP主处理器进行轨迹规划、轨迹插补、二自由度位置回路控制器计算，并将二自由度位置回路控制器输出的控制量通过可变占空比数字PWM指令信号发送到伺服驱动器，所述DSP主处理器进行轨迹插补的过程如下：

采用归一化轨迹规划器将运动数据中的定位时间均分为加速、匀速、减速三个阶段，并以起点为0、终点为1计算当前采样周期的归一化位置，由运动数据的起点和终点信息计算当前绝对位置，实现六自由度联动运行。