[发明专利]65米射电望远镜主反射面的主动控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制系统，具体涉及一种65米射电望远镜主反射面的主动控制系统。本发明为国家自然科学基金资助重点项目，“大口径主动光学亚毫米波/毫米波望远镜方案和关键技术研究”，批准号为：10833004。 

背景技术

射电天文是类似于雷达的原理，发展起来的天文观测手段，但是它只是接收天体的射电波，其主要工具是射电天文望远镜。射电天文望远镜的主反射面是一个抛物面的射电天线，该主反射面在接收天体的无线电信号时用以聚焦无线电信号。现有技术中射电天线的主反射面都是固定安装在背架上，观测天体时可以作方位和俯仰运动。但主反射面本身的抛物面形状是固定不变的。但是随着现代科学技术的发展，射电天文望远镜越造越大，其主反射面的直径也越来越大。例如，正在研制的上海射电望远镜的主反射面直径达到65米。天文学家不满足于传统的射电望远镜，要拓展在天文观测领域里的应用；必需把被动面板变成为主动面板；这是射电望远镜中的新技术；它对射电望远镜主反射面的结构提出了新的难题。制造这样大的抛物面主反射面的结构与其位移控制会遇到很多困难。这种更大、更新的望远镜系统的结构要求更加复杂，精度要求更高。现有技术中缺少解决这些问题的答案。 

在射电天文学的接近领域的传统光学天文观测技术中，出现了一种主动光学天文望远镜技术，或者说望远镜的主动控制系统，是现代天文观测的新 技术。该技术的出现是为了解决建造超大口径的大型天文望远镜的技术困难，而采用多块子镜拼接成大型天文望远镜；拼接结构中的各子镜在控制系统操纵下同时动作，可以形成整个镜面的形变，达到天文观测的需要，即构成主动光学天文望远镜。这种拼接结构的大型主动光学天文望远镜的技术难点在于控制系统：它需要满足所有子镜同时接到指令，同时动作的技术要求，动作中还包括有位移动作和形变动作，需要控制的因子数量是巨大的，同时还要满足毫牛顿级的控制精度。大型天文望远镜的控制系统(TCS)是一个复杂的系统，包含有望远镜指向及跟踪控制系统、力促动器控制系统、位移促动器控制系统及圆顶控制系统等。通过力促动器控制系统及位移促动器系统，能克服薄镜面拼接望远镜镜面误差，使望远镜的像质提高，使大型天文望远镜的建造成为可能。大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(以下简称LAMOST)分别由24块六角形子镜拼接成施密特改正板MA和37块六角形子镜拼接成球面主镜MB组成。MA及MB的每一块子镜分别由三套位移促动器控制镜面位移，共183套。MA的每块子镜下装有34套力促动器，共816套。大型天文望远镜的子镜可以扩展到成千上万，并同时把位移控制和子镜变形控制集中在同一个控制系统里完成。由此带来控制对象的数量达到了空前庞大的程度，这对望远镜的控制系统提出了极大的挑战。 

例如，中国的国家大科学工程LAMOST望远镜中的主动光学电控系统的控制系统。LAMOST望远镜主动光学系统采用力传感器作为加(拉)力闭环控制的反馈器件；软硬结合的方法，进行逻辑组合的控制思想，分布集中式的网络控制方案是很成功的一种创新的方法。 

该系统已经实现了MA每块子镜同时控制34套力促动器操作，共24块 子镜816套力促动器运行。做到了加力的范围为±150N，计算机对力促动器的闭环控制精度达到了万分之五，均方根值≤50mN。RMS≤30mN，占98.367％，都优于力促动器的技术指标。该系统可以通过局域网得到控制参数实时控制改变24块MA子镜的非球面面形。 

通过局域网同时控制MA和MB主镜816套力促动器和183套位移促动器共999套促动器实时运行完全满足LAMOST望远镜主动光学控制系统的技术要求；并且控制精度远远优于各项技术指标。 

又如：中国01113668.5号发明专利申请，公开了一种大型天文望远镜镜面位移控制系统。其结构是，天文望远镜镜面由若干块六角形的子镜拼接而成，每一块子镜的背面放置微位移促动器和微位置传感器，微位置传感器的输出连接到计算机，计算机的输出接各促动器，形成闭环控制系统，其特征是，由上位机连接主控制机，主控制机分别连接若干个位移控制器，每个位移控制器分别连接若干个位移促动器的驱动器，每个驱动器连接一个位移促动器。该专利公开了主动光学望远镜与传统望远镜的不同结构。 

发明内容

本发明的目的是提供一种65米射电望远镜主反射面的主动控制系统，该主动控制系统是把射电望远镜被动式的主反射面变成为主动式的主反射面；同时，能够满足65米射电望远镜对控制系统的更加复杂和更高精度的技术要求。