大型光电望远镜高集成智能伺服系统设计

　　0　引言

　　大型光电望远镜是集光、机、电于一身的综合系统,伺服系统是它的重要组成部分,对于跟踪目标以及精确地测量目标的位置和其他参数都起着重要作用,特别是伺服系统的精度会直接影响望远镜的测角精度。望远镜技术的发展,对其伺服控制系统也提出了更高的要求,伺服系统涉及到电力电子技术、电机技术、控制技术、编码器技术、计算机技术、通讯技术等多技术领域。

　　伴随着望远镜技术和相关领域技术的发展,望远镜系统需要处理的任务越来越多、越来越复杂,而且现代望远镜要求更高性能、高指标和灵活性,产品的更新周期也越来越短,为此需要对各分系统进行集成化和模块化设计,伺服系统模块化集成更是如此。VLSI技术的发展特别是DSP、FPGA和CPLD的应用提高了望远镜数字信号处理的性能和设计的灵活性,各种嵌入式集成系统的广泛应用使得模块化设计具有普遍意义。在工程中,以硬件电路模块为基础平台,不同任务和需求通过程序和可编程电路的变化得以完成,使得信号处理设计者脱离硬件设计,集中精力进

　　行方案分析、任务分解和编程。同时,硬件电路和功率器件也随着电力电子技术的发展其集成度也迅速提高,各式各样的专用芯片和功率器件得到了充分发挥功能的应用场所,如DSP、IPM。伺服系统所需要的高可靠性和简便维护的特点是必不可少的,智能化控制和良好的人机界面是完善系统功能的重要组成部分,软件的模块化设计为进一步提高工作效率提供了有效手段。一般情况下,大型光电望远镜伺服系统主要由配电部分、直流电源、功率驱动器、伺服控制器、编码器系统和电机等组成。目前,在现有的大型光电望远镜伺服系统中,电机和编码器安装在望远镜跟踪架上,而配电部分、直流电源、驱动器和伺服控制器在结构上和功能上都是分立的,这样整个系统的体积较大,不易维护操作,可靠性较低。如果将整个系统集成在一起,对各部件或者各功能块进行故障监测和保护,电源的运行状态、功率级的工作情况都可以集中管理,并可通过串口将实时数据发送到上位机监控系统,这样可方便了解各部分工作情况,进一步提高系统可靠性和可维护性。

　　作者根据实际工程需要,对伺服系统中相互分立的四部分进行模块化设计,并集成在一个标准4U机箱内,设计出一体化的伺服系统,功能强大、接口丰富,可方便应用于大型光电望远镜的伺服系统控制两轴大功率电机进行高精度跟踪与测量。在几个望远镜项目中成功应用证明,该系统可大大减小体积,集成化程度高,方便使用,功能完全满足望远镜的复杂要求。

　　1　方案设计