[发明专利]一种大型光学望远镜俯仰轴双电机同步控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种大型光学望远镜俯仰轴双电机同步控制方法及系统，基于自抗扰控制方法对双电机系统进行解耦控制，再结合速度前馈、加速度前馈和摩擦补偿控制算法，来实现双电机同步控制。通过本方法能够有效控制双端电机的同步误差，从而减小光学望远镜俯仰轴中间框的形变和轴系振动，并且相较于现有技术在考虑到更多影响因素的同时更加简单方便。

技术领域

本发明涉及双电机同步控制技术领域，尤其涉及一种大型光学望远镜俯仰轴双电机同步控制方法及系统。

背景技术

地基大型光学望远镜是一种用于天文观测的高精密设备。通常望远镜的视场较小，光学望远镜对结构的振动、形变和系统的跟踪精度都有更高的要求。为了观测到更遥远、更微弱、更弱小的目标，光学望远镜的口径越做越大。随着光学望远镜口径的增大，望远镜中间框的尺寸变得很大，结构的刚度进一步下降。这就导致望远镜俯仰轴在运动过程中加减速，或者受到外部干扰力矩(如风、摩擦、不平衡力矩等)的情况下会产生振动和较大的结构变形，这种振动和变形会影响到光学望远镜的成像质量。

为减小光学望远镜俯仰轴中间框的变形和轴系振动，对光学望远镜俯仰轴采用双电机同步驱动保证双端电机的同步性。目前的双电机同步控制方法包括交叉耦合控制的方法，通过在系统中增加一个耦合补偿器来实现降低同步误差的效果，但这种方法从外部加入耦合力矩，使两端电机实现同步，并没有顾及到负载之间的柔性连接，以及被控对象内部耦合的特性，仅仅从外部进行强制耦合。为了解决这个问题，目前有的采用了自适应的耦合补偿器来实现同步控制，但这又增加了控制算法的复杂度，不便于工程实施。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种大型光学望远镜俯仰轴双电机同步控制方法及系统，将双电机系统视为MIMO系统(多输入多输出系统)，结合自抗扰控制技术(ADRC)在不确定性问题、同步问题和机械振动问题三个方面的优异表现，提出FFLADRC(摩擦补偿和前馈自抗扰控制)双电机系统进行解耦控制的方法，从而实现双电机同步控制。

本发明提出一种大型光学望远镜俯仰轴双电机同步控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤A.将双电机的期望位置输入到同步命令生成器中进行规划，得到规划后的双电机的期望位置、期望速度以及期望加速度；

步骤B.线性扩张状态观测器根据双电机编码器输出的现有惯量位置，得到双电机的观测位置、观测速度以及总扰动；

步骤C.将步骤A中得到的期望位置、期望速度分别与步骤B中得到的观测位置、观测速度进行误差求值后，生成调整后数据输出到控制器；

步骤D.对步骤C输出的调整后数据与步骤A中得到的期望加速度进行求和计算后减去总扰动以及摩擦补偿项后得到虚拟控制量，并输出到静态解耦单元；

步骤E.静态解耦单元对虚拟控制量进行解耦后输出实际的控制量到双电机中；

步骤F.双电机根据实际的控制量进行调整后，双电机编码器输出调整后的现有惯量位置到线性扩张状态观测器中，线性扩张状态观测器根据该调整后的现有惯量位置与步骤B得到的观测位置进行计算，得到新的观测位置、观测速度以及总扰动；

步骤G.重复步骤C、D、E、F，进行双电机新一轮的控制调整，直至双电机调整至最优控制量。

其中，所述步骤A包括：

将期望位置输入到同步命令生成器中，通过同步命令生成器中的第一个非线性微分器，得到规划后的期望位置值和期望速度；将得到的期望速度输入到第二个非线性微分器，得到再次规划后的期望速度和期望加速度。本步骤将期望位置输入到非线性微分器进行平滑，滤除比较高频的，超出系统能力的信号。

其中，所述步骤B具体包括：

根据双电机编码器输出的双电机两端的现有惯量位置，得到观测位置值与现有惯量位置值的误差值；