专利名称：65米射电望远镜主反射面的主动控制系统的制作方法
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 LAM0ST)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士 150N，计算机对力促动器的闭环控制精度达到了 万分之五，均方根值彡50mN。RMS彡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。完成以上发明目的方案是，一种65米射电望远镜主反射面的主动控制系统，其特 征在于，射电望远镜的主反射面(简称主面)采用由若干块子面板拼接而成的组合式主反 射面，其中的每块子面板连接有若干位移促动器，所有位移促动器的驱动器分别与主控机 (或称主控制计算机，或称上位计算机系统)连接，其连接方式是将65米射电望远镜的主面分成8个扇区，每个扇区中的所有位移促动器作为一个 控制组；每个控制组设置一个扇区控制器；每个扇区控制器的服务器分别与主控机连接。以上所述的主控机(或称主控制计算机，或称上位计算机系统)是射电望远镜主 反射面的主控机。该主控机与天文观测计算机连接。工作时，天文观测计算机对该主控机 发布指令。主控机根据天文观测计算机提供的天文观测所需要的各种参数，控制射电望远 镜主反射面的动作，以达到观测需要的参数。本发明是在射电天文望远镜的领域里，借鉴光学天文望远镜领域中主动光学的技 术，提出的一个全新概念主动面板型射电天文望远镜。射电望远镜与光学望远镜的运行模式是不同的；射电望远镜是接受天体的射电 波；其主反射面板类似于一个雷达天线；而光学望远镜LAMOST是在可见光波段观测；其主 反射面板类似于一个光学镜头。射电望远镜的主面位移精度低于LAMOST光学望远镜，但是 它的行程大于LAMOST光学望远镜；它的负载能力远大于LAMOST望远镜中的促动器，超过一 个数量级；它的位移促动器的数量也远大于LAMOST光学望远镜。这是在设计控制系统时必 须根据对象的不同仔细考虑的问题。更具体地说，本发明的主反射面的主动控制系统的具体结构是
主动控制1104套位移促动器的拓扑结构(1)、主面分成8个扇区的拓扑结构把65米射电望远镜的主面分成8个扇区，如图2与计算机的接口，促动器组成系 统控制拓扑结构图所示。(2)、一个扇区的拓扑结构主动面板促动器的技术指标，如表1. 1所示表1. 1 65米射电望远镜天线主动面板促动器的设计指标
权利要求
一种65米射电望远镜主反射面的主动控制系统，其特征在于，射电望远镜的主反射面采用由若干块子面板拼接而成的组合式主反射面，其中的每块子面板连接有若干位移促动器，所有位移促动器的驱动器分别与主控机连接，其连接方式是将65米射电望远镜的主面分成8个扇区，每个扇区中的所有位移促动器作为一个控制组；每个控制组设置一个扇区控制器；每个扇区控制器的服务器分别与主控机连接。
2.根据权利要求1所述的65米射电望远镜主反射面的主动控制系统，其特征在于，所 述的主控机与天文观测计算机连接。
3.根据权利要求1所述的65米射电望远镜主反射面的主动控制系统，其特征在于，其中，促动器微控制器的主要参数是(1)、重复定位精度<0.015mm;(2)、闭环控制机构促动器微控制器中设有闭环控制机构；(3)、通讯机构促动器微控制器中设有与主控制计算机进行通讯的通讯机构。
4.根据权利要求1所述的65米射电望远镜主反射面的主动控制系统，其特征在于， 主动面控制系统及其元件必须达到GB/T17618-1998信息技术设备抗扰度限值和测量方法 CISPR24(97)B 级要求。
5.根据权利要求1 4之一所述的65米射电望远镜主反射面的主动控制系统，其特 征在于，其中，促动器的微控制器的结构是①嵌入式CPU主板促动器智能控制器中的主板PC104主控制器是独立的嵌入式CPU主板作为控制处理， 具有RS232/485通讯和以太网通讯接口，直接连接CRT、键盘、鼠标；在控制中作为智能控制 器仅使用以485讯接口连接主控制机；嵌入式CPU主控制板，256M的RAM，用CF卡存放启动 程序和智能控制程序；②促动器的连接方式位移促动器的电机安装在控制盒内；控制盒对外只有网线和供电线通过航空插头连 接；计算机通过以太网控制促动器控制器运行；③DC DC电源变换连接板是一个很小的板安装在促动器控制盒内，把功率源通过电缆送到智能控制器的直流电 源连接DC-DC上，然后再变换成促动器控制器内部所需要的各种直流电源；④促动器的反馈与逻辑控制电路促动器的反馈采用256线的编码器直接安装在步进电机的轴上，编码器的计数器采用 24位的加减计数器；在该电路板上设计8位I/O用作控制步进电机和促动器的限位输入； 该板的设计直接对插在节点控制器的板上。
6.根据权利要求5所述的65米射电望远镜主反射面的主动控制系统，其特征在于，所 述位移促动器的行程为30毫米，重复定位精度小于15 μ。
全文摘要
65米射电望远镜主反射面的主动控制系统，其特征在于，射电望远镜的主反射面采用由若干块子面板拼接而成的组合式主反射面，其中的每块子面板连接有若干位移促动器，所有位移促动器的驱动器分别与主控机连接，其连接方式是将65米射电望远镜的主面分成8个扇区，每个扇区中的所有位移促动器作为一个控制组；每个控制组设置一个扇区控制器；每个扇区控制器的服务器分别与主控机连接。本发明借鉴了大型光学天文望远镜主动控制的技术，发展出射电天文望远镜控制系统的全新结构和控制技术，本发明的主动控制系统能够满足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。
文档编号H01Q3/00GK101950861SQ20101011854
公开日2011年1月19日 申请日期2010年3月5日 优先权日2010年3月5日
发明者倪季军, 张振超, 李国平, 李爱华, 毕汪虹, 王佑 申请人:中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所