中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033
大型望远镜的次镜支撑系统受重力影响，在不同俯仰角状态下会引入不同幅度的姿态误差，导致系统光路偏移，最终影响终端成像设备。如果不进行次镜姿态校正，在望远镜俯仰运动过程中，像点偏移过大，会导致精跟系统超限失效问题，基于望远镜主次镜光学设计参数，利用次镜的曲率中心点和主次镜光路的无彗差点以及次镜六自由度平台，建立了一种次镜姿态校正方法，基于望远镜俯仰角进行次镜姿态校正。通过次镜姿态校正，使望远镜仰角变化时精密跟踪系统前端光路的最大偏移角度由12.85″优化至1.80″。该次镜姿态校正方法易于实现，效果明显，能够满足精密跟踪系统前端的光路粗对准需求，保证高分辨成像系统性能。
主动光学 大型望远镜 次镜 无彗差点 active optics large telescope secondary mirror coma free point 光学 精密工程
2022, 30(23): 3090
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
根据永磁同步电机驱动的大型望远镜转台对指向精度与低速跟踪精度的要求, 设计了基于摩擦模型的反演滑模控制器。建立了基于摩擦模型与外部扰动的系统模型; 然后, 按照反演设计方法, 设计了离控制输入最远的子系统, 在设计过程中加入滑模控制, 从而减小非线性摩擦因素与外部风载等对指向精度与跟踪精度的影响。通过理论仿真和实验研究验证了该方法的有效性。结果显示: 所设计的反演滑模控制器具有较好的动态响应, 对扰动等不确定性因素具有较强的鲁棒性, 当位置阶跃指令为4.6″时, 稳态误差为0.048 51″, 比传统的PI控制算法减小21.4%; 当输入斜率为5 (″)/s的位置斜坡指令时, 稳态跟踪误差为0.031 26″, 比传统的PI控制算法减小30.1%。结果表明提出的方法能够提高望远镜控制系统的指向精度和低速跟踪精度。
摩擦模型 反演滑模控制 永磁同步电机 大型望远镜 friction model backstepping with sliding mode control Permanent Magnet Sychronous Motor(PMSM) large telescope 光学 精密工程
2017, 25(10): 2620
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了提高永磁同步电机驱动的大型望远镜转台的低速跟踪性能, 设计了自适应滑模控制器以实时抑制系统的参数不确定性和外部扰动对系统的影响。为了优化控制器参数和缩短控制系统的调试周期, 辨识出了转台控制系统的控制模型, 同时建立了系统内部的非线性因素模型, 综合上述模型对系统进行了集成仿真。仿真和实验结果证明了所设计的自适应滑模控制器对系统参数不确定性、外部扰动和噪声具有较好的鲁棒性, 对望远镜转台的低速控制效果良好。
大型望远镜 永磁同步电机 自适应滑模控制 集成建模与仿真 large telescope PMSM ASMC integrated modeling and simulation
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
：数据通信系统是整个大型望远镜的数据传输中枢。针对地基大型望远镜分系统多，信号种类繁杂、分布不均匀和分布距离较远等特点，设计了一种基于大规模集成电路FPGA的数据通信系统。系统分为机上数据通信系统和机下数据通信系统两部分，机上与机下数据通信系统通过单根光纤进行连接。系统最多可提供60路RS422、32路TTL、10路RS485和4路RS232同步传输。同时，系统以GPS时钟频率为基准频率产生多种工作时序，为望远镜提供同步工作脉冲；通过采集曝光脉冲对应时刻的时间数据和编码器数据锁存当前的时空信息。硬件方面采用XILINX公司的Virtex-5系列FPGA为核心处理芯片完成该系统的设计，实验结果表明系统可满足大型望远镜数据通信的需求。
地基大型望远镜 数字通信系统 large ground-based telescope FPGA FPGA communication system
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
本文主要介绍了当前国际上地基大口径望远镜交流伺服控制系统的发展现状, 详细论述了望远镜驱动方式的选择、交流永磁同步力矩电机的应用情况、控制系统的硬件组成以及伺服系统的控制策略。讨论了大型望远镜交流伺服控制系统设计的难点及未来发展趋势, 为大型望远镜交流伺服控制系统的设计提供一定的参考。
大型望远镜 交流伺服系统 永磁同步力矩电机 综述 large telescope AC servo control system permanent magnet synchronous torque motor overview
1 中国科学院光电技术研究所，成都 610209
2 中国科学院研究生院，北京 100039
21 世纪初，针对大型天文望远镜传动特点，研制开发了适用于大型天文望远镜的弧形电机拼接的直接传动方式。这种传动方式有诸多的优点，但是存在较大推力波动，这将直接影响望远镜的跟踪精度。针对该种传动方式的缺点，本文采用空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的方法对电机进行控制，采用Matlab/Simulink 建立了弧形电机的仿真模型和矢量控制系统的仿真模型。仿真结果表明，电机在带负载的情况下，可以获得快速的动态响应和平稳的水平推力，三相电流接近理想的正弦波形，从而使电机得到平稳的速度和推力，保证了电机的运行性能，满足望远镜跟踪需求。
大型望远镜 弧形电机 力矩波动 控制模型 large telescope Arc PMSM thrust ripple SVPWM SVPWM control model
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京 100039
为了满足大型望远镜对于速度控制响应快、超调量小、稳态精度高、低速运行平稳的要求，在分析经典PID控制算法的基础上，提出了一种变结构PID控制器。通过构造以控制误差为自变量的比例增益、积分增益、积分变增益和微分增益等函数，变结构PID能够根据瞬时误差实时改变其结构和参数。针对某大型望远镜的传递函数模型，仿真验证了变结构PID的作用，并比较了经典PID与变结构PID的控制性能。实验结果表明，该望远镜能够以最大加速度达到期望速度，且无速度超调，以20(°)/s运行时的最大稳态误差为0.016 7(°)/s，以10(″)/s运行时的最大稳态误差为0.7(″)/s。仿真和实验结果均证明：基于变结构PID控制器的速度控制系统能够满足大型望远镜的要求。
大型望远镜 速度控制 变结构PID控制器 控制误差 large telescope velocity control Variable Structure PID(VSPID) controller control error
1 中国科学院 光电技术研究所,四川 成都 610209
2 中国科学院 研究生院,北京 100049
介绍了一种新的基于径向波前斜率的哈特曼检测方法及原理,并重点介绍了采用该方法和技术研制的800 mm口径的径向哈特曼像质检测实验系统的组成及结构,以及利用该系统对700 mm光学系统像质检测的实验结果。研究表明,在没有昂贵的大口径标准平面镜的情况下,用该方法在室内可实现大型望远镜系统的像质检测。
测量 光学检测 波前传感器 哈特曼检测 大型望远镜
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
针对目前大型望远镜伺服系统调试参数较多的现状,基于内模PID控制方法对大型望远镜伺服系统进行了研究。介绍了内模控制设计思路,讨论了速度回路内模控制算法。分析和仿真结果证明了该算法在高精度应用场合的可实现性和较强的鲁棒性,简化了调试过程。根据一个具体项目验证了该算法的实用性,应用结果表明,该方法调试简单,一个控制环路只需要调整一、两个参数即能满足要求;高速运行时无超调,低速平稳运行达到15″,具有一定的实用性和推广价值。
内模控制 大型望远镜 伺服控制 large telescope internal model control PID PID servo control
