[发明专利]一种用于主动镜面支撑的力促动器及其控制系统

说明书

本发明公开了一种用于主动镜面支撑的力促动器及其控制系统。该力促动器包括集成电机与驱动器模块、压力传感器位移控制模块、压力传感器，所述压力传感器位移控制模块包括由压簧和拉簧并联组成的并联单元。该控制系统包括电机驱动系统、压力传感器采集系统、上位机，上位机通过主动面形校正方法，获得压力传感器与镜面的连接位置的镜面面形对应所需要调整的力，压力传感器读取应变采集模块采集到的压力值，作为力促动器的反馈值，通过预定的周期对压力进行闭环调节，调节后的输出信号用于控制电机的转速，将电机的旋转运动转换为直线运动，压缩或拉伸所述并联单元产生校正力，以进行镜面面形的精确控制。

技术领域

本发明涉及信息采集领域，特别涉及一种用于天文仪器中镜面主动支撑的力促动器及其控制系统。

背景技术

天文仪器广泛用于天文观测、天体运动规律等重要领域，尤其是天文望远镜在科学研究中发挥着极大的作用。当前，天文望远镜主要技术发展趋势朝向大口径、大视场、观测精度高等技术方向，且使用环境恶劣，温度变化范围大。相应的对系统中关键镜面的面型提出了更高的要求。传统被动镜面支撑方式更容易受到重力场环境、温度梯度等因素引起的镜面面型变化，使得光学系统成像质量大大降低，而主动光学技术是对天文仪器中的镜面在制造、安装、温度变化及重力场等带来的误差进行修正，更好的适应现代天文望远镜对更大口径、更高的成像要求以及更好的满足环境要求。

主动光学镜面支撑系统是目前也是未来大口径天文仪器设计的核心技术之一，目前国内外主动支撑已经在相关天文望远镜中使用，力促动器控制系统主要构成包括电机驱动控制系统、力传感器采集系统及计算机控制系统。通过压力闭环调节系统可以实现镜面面型的高精度、高稳定性调整。

目前针对市场上主动镜面支撑系统中力促动器的控制系统主要是由进口成熟的多通道采集模块或采用传统搭建的模拟电路、电机和驱动器分体来实现，这样的方式主要有以下几个缺点；一是市场上成熟的多点采集模块，存在点数受限、成本高、开发不灵活、依赖性比较强的缺点；二是算法复杂、易受外界干扰，精度很难保证；三是力促动器及电机分开控制，这样带来控制复杂化，不易于集成，一旦出现问题也不易于排查和检测。目前急需解决上述镜面主动支撑系统中的力促动器应变采集系统高度集成、高精度控制及高稳定性。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种用于天文仪器中镜面主动支撑的力促动器及其控制系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于主动镜面支撑的力促动器，包括集成电机与驱动器模块、压力传感器位移控制模块、压力传感器，所述压力传感器位移控制模块包括由压簧和拉簧并联组成的并联单元，所述并联单元的一端为通过传动机构及联轴器连接至集成电机与驱动器模块的可动端，另一端为固定端，所述并联单元中穿设有传输轴，所述传输轴的一端与所述可动端相连，另一端连接所述压力传感器，所述压力传感器与镜面连接后所述力促动器可对镜面面形进行控制。

进一步的，所述压力传感器为LoadCell压力传感器，所述LoadCell压力传感器通过转接件与镜面连接。

进一步的，所述压力传感器通过柔性杆与并联单元相连。

一种用于主动镜面支撑的力促动器的控制系统，包括电机驱动系统、压力传感器采集系统、上位机，所述电机驱动系统包括集成电机与驱动器模块，所述压力传感器采集系统包括压力传感器、应变采集模块，所述上位机通过主动面形校正方法，获得压力传感器与镜面的连接位置的镜面面形对应所需要调整的力，即力促动器所需要调整的目标理论值，应变采集模块读取压力传感器采集到的压力值，作为力促动器的反馈值，通过预定的周期对压力进行闭环调节，调节后的输出信号用于控制电机的转速，将电机的旋转运动转换为直线运动，压缩或拉伸所述并联单元产生校正力，以进行镜面面形的精确控制。

进一步的，在镜面处连接有若干个力促动器，所述电机驱动系统中的每个集成电机与驱动器模块都设置有CAN接口，上位机通过CAN接口转换来实现每个电机驱动控制。