空间天文望远镜自适应精密稳像闭环控制

针对空间天文望远镜低频段视轴扰动补偿问题,提出了一种基于主动光学技术的自适应精密稳像闭环控制方法。该方法以精细导星仪(Fine Guide Sensor,FGS)为高精度视轴扰动检测器,以四点支撑压电驱动大口径快摆镜机构(Fast Steering Mirror,FSM)为视轴扰动补偿器。首先,采用位置式PID控制器串联积分环节进行精密稳像闭环控制,得到补偿FGS检测出的二维视轴扰动所需FSM的二维摆动角度,进而根据驱动结构转换为每个支撑点的压电陶瓷执行器(Piezoelectric actuators,PZT)的伸缩量。然后,利用基于广义Bouc-Wen逆模型的压电动态迟滞前馈补偿方法进行高精度的压电陶瓷执行器定位控制。最后,根据有监督的Hebb学习规则,利用具有自学习和自适应能力单神经元对PID控制器参数进行调整,从而得到最优控制器参数。实验结果表明,所提控制方法能够有效地补偿空间天文望远镜的视轴偏差,可以将精细导星仪X方向和Y方向的星点质心位置偏差功率谱密度在0~6 Hz频段内积分值分别抑制了98.54%和98.62%。

南极光学天文望远镜控制软件关键技术

南极天文望远镜控制软件是望远镜软件系统的重要组成部分,是控制计算机在望远镜用户层和设备层之间运行的关键技术。对于用户层,控制软件需具备全自动观测的交互接口、卫星通信条件下的远程访问和故障诊断等功能;对于设备层,控制软件不但要完成对天体目标的精确指向和精密跟踪、计算并补偿系统误差和控制关键部件以达到目标像质,而且需实现对电源分配系统、除霜及加热系统的控制、设备及环境信息的采集和监测等。相比于普通台址,在南极大陆运行的光学天文望远镜有其独特的特点,控制软件需进行特殊设计。本文重点从操作系统选择、远程建立望远镜指向误差修正模型方法、全自动观测软件接口、卫星通信及远程运维、望远镜实时状态监测和故障诊断等方面探讨了南极天文光学望远镜控制软件的关键技术和设计原则,并展望未来技术的发展,为南极天文望远镜的研制和控制系统研发提供技术储备。

大型天文望远镜摩擦传动系统低速特性的研究

研究了大型天文望远镜摩擦传动系统的运行原理和特性,并进行了实验。结果表明,影响摩擦传动低速稳定运行的因素很多,主要有:编码器的测量误差,环境变化引起的误差,摩擦力矩和电机波动力矩等引起的误差,以及加工制造和安装引起的误差。另外在整个传动链中其它部分的摩擦力矩也不可能是一个定值,也存在力矩波动。结果还表明,利用非线性PID控制算法增益参数非线性变化的特性,可以使得控制系统既能达到响应速度快,无超调的目的,又能增强抵抗影响摩擦传动低速稳定运行因素的能力。实验中,低速可以达到0.2″/s,位置精度为0.032″(RMS),证明了这种方法是行之有效的。

大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜的研究——0级观测控制系统

系统地介绍了大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜 (LAMOST)观测控制系统 ,着重讨论了LAMOST 0级系统的定义。

基于PMAC的天文望远镜控制系统研究及应用

天文望远镜为大型高精密仪器,对望远镜的控制系统性能提出了极高的要求。作为控制系统的核心器件,伺服控制器的性能决定了控制系统的性能。介绍了一种基于PMAC(Programmable Multi Axes Controller)控制器的天文望远镜控制系统,研究了PMAC伺服控制原理、PID参数整定方法及基于PMAC的天文望远镜运动控制系统基本原理,并以此为基础设计了天文望远镜伺服控制系统软、硬件体系。基于PMAC的天文望远镜控制系统主要特点在于,伺服系统采用了传统的PID反馈控制算法和前馈控制算法相结合的组合控制算法,有效地克服了外界扰动对望远镜控制过程的影响,获得了较好的动、静态性能;同时,针对望远镜不同的轴系传动方式,如直驱方式和齿轮传动方式,应用不同的PID参数整定方法,如阶跃整定法和基于速度测量+阶跃整定相结合的参数整定方法,可分别使系统获得较为理想的PID控制参数;另外,基于PMAC的天文望远镜控制系统,对于不同的驱动电机和不同的轴角测量元件,均具有较好的适应性。该系统已在国家天文台2.16 m天文望远镜上得到了应用,该项应用中,采用了"IPC+PMAC"的双CPU分级控制方式,并以VC++为软件平台,通过对于PMAC Pcomm32底层接口函数的调用,实现了基于工控机的望远镜界面操作和控制,同时,以PID反馈控制算法和前馈控制算法为基础,采用了PID参数自适应控制算法,保证了望远镜高速的运行平稳性,也实现了低速精确性和快速性的控制要求。技术研究和运行实践表明,基于PMAC的望远镜控制系统具有较高的控制精度和良好的通用性,可广泛应用在不同类型的天文望远镜系统。

LAMOST天文望远镜球焦面多光纤并行控制系统研究

针对LAMOST提出多光纤并行控制方案。设计了双回转光纤定位装置;提出了光纤定位系统的总体控制方案,观测之前,进行动态干涉分析确定单元运动轨迹;设计了基于单片2181的步进电动机脉冲扫描控制系统,实现对4000个定位单元的并行控制。试验表明双回转光纤定位单元能够实现光纤的快速精确定位,满足LAMOST光纤定位系统的要求。

大型仪器设备开放共享工作“模范生”——大型天文望远镜的建设与开放共享

该文对大型天文望远镜的主要建设和运行环节进行梳理,并与大型仪器设备开放共享的要求比对发现,大型天文望远镜在学科领域上具有开放共享的共识。首先,建设单位基于科学设想制定设计方案,经专家论证后科学确定台址;其次,由出资部门严格把关资金预算;然后,由研制单位进行望远镜的设计、生产、装调和集成;最后,由建设单位负责运行维护并对观测数据进行开放共享。多单位密切配合、严格管理、共建共享的模式,是精准定位科研需求、优化资源配置的开放共享模式,有利于推动科研创新、人才培养质量和技术进步。大型天文望远镜鲜明的开放共享特色和示范性,是开放共享工作“模范生”。

大口径天文望远镜控制系统的变结构DTC算法

将变结构控制策略引入大口径天文望远镜永磁同步电动机直接转矩控制中,这种新型控制策略能极大地减小传统直接转矩控制中存在的电流、磁链和转矩脉动,有效地抑制高频噪声,实现逆变器开关频率恒定,同时仍保持传统直接转矩控制系统的快速性、稳定性、对负载扰动和系统参数变化的鲁棒性等,提高了电磁转矩的动态性能和稳态性能,仿真结果验证了这种控制方法的有效性。

比例控制电路对天文望远镜的控制

折轴式天文望远镜的电路控制系统，一般采用步进电机作为动力，辅以相应的控制线路，在实际应用中容易卡死，赤经、赤纬的操作也比较烦琐．我们采用大功率直流电机并辅以比例控制电路，取得较好的效果．

天文望远镜控制系统可靠性数据库的研究建立

天文望远镜控制系统是望远镜的关键组成部分,其可靠性对望远镜的稳定运行起着重要作用,对其可靠性的分析和研究在望远镜设计、研制与运行阶段都是必须考虑的问题。文章基于实际的运行条件和操作环境,总结分析望远镜控制系统运行和维护数据,研究建立一套控制系统可靠性数据库,利于望远镜控制系统的故障检测与维护,为望远镜长期高效运行提供有效信息,为控制系统的性能改进提供数据依据,同时有效预防相关设备故障的发生,减少不必要的损失。

天文望远镜的自动控制系统硬件设计

本文主要从控制硬件方面对天文望远镜的自动控制系统进行阐述,采用双串口的智能微处理器W77E58,同时接收两路信号(来自把手盒和工控机),并进行处理,驱动望远镜实现在线和脱机自动找星两种功能。

大型光学天文望远镜综述

本文提出了90年代发展我国天文望远镜的方案。

一种用于天文望远镜支撑机构的并联机器人控制方案

针对一种用于天文望远镜支撑机构的6自由度的并联机器人,提出了基于预测机制的控制方案,描述了该机器人的结构和运动学,设计并实现了控制方案的具体功能,对控制过程的仿真结果进行分析,验证了控制方案的有效性。

单片机在赤道式天文望远镜控制系统中的应用

本文着重介绍了怎样使用单片机的汇编语言实现自动找星的控制算法,摆脱了以往的望远镜依赖上位机的苦恼,实现脱机找星。

使用电脑控制业余天文望远镜

一、可电脑控制的望远镜简介天文望远镜主要由光学镜片镜筒及配套的支撑其运转的支架组成,根据支架的类型不同,分成地平式和赤道式,赤道式的支架一般称为赤道仪;根据控制赤道仪运转的方式不同,又可分成手动和电动两种,而电动又有简单的通过操纵控制盒的按钮开关来控制支架电机的正反运转,或更复杂的可由电脑实时控制运转的两种。天文望远镜是光学、机械和电子结合的产品。随着现代光学、机械和电子技术的发展。

基于MSP430系列微控制器的赤道式天文望远镜伺服控制器的设计

本文介绍了一种基于MSP430单片机的赤道式望远镜伺服控制系统的设计方案,其中包括以下三个方面,赤道式望远镜伺服控制系统的硬件设计总体方案;赤道式望远镜伺服控制系统的软件总体架构;基于单片机C语言的自适应寻星的控制算法。经测试,应用了本课题成果的试验用赤道式天文望远镜减小了对上位机的依赖,实现了由程序控制的自主寻星功能,大大提高了系统性能。

寻找新一代大型地面天文望远镜的落脚点——中国西部天文选址行动

天文望远镜是人类探索宇宙奥秘的重要手段。新一代地面天文观测设备日益复杂化、大型化，投资规模越来越大，需要安置在具有观测优势的特定位置上才能充分发挥其效用，获得最大的科学产出。因此，天文选址对任何规模的望远镜建设和运行来说都是至关重要的基础性工作，对新一代大型地面观测设备尤其重要。

用自适应控制改善天文望远镜低速性能的仿真研究

笔者针对一架中型射电望远镜,建立了一个由微型计算机和模拟计算电路组成的混合仿真系统,通过实时仿真实验,研究了应用数字自适应控制技术改善地平装架天文望远镜低速性能的实际方法。结果表明:(1)采用适当的数字自适应控制器,能够基本消除望远镜系统的低速死区,使系统的速度精度提高约四倍;(2)用八位单板计算机来实现模型参考自适应控制器是现实可行的。

变结构PID在大型望远镜速度控制中的应用

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0.0167(°)/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。