CN109814244B - 一种多级伺服共相调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多级伺服共相调节器，包括依次呈电连接的：CPU、位置控制模块、伺服控制单元及电动机；所述伺服控制单元包括依次呈电连接的：速度控制模块、电流控制模块及功放模块，所述位置控制模块是与所述速度控制模块电连接，所述功放模块是与所述电动机电连接；所述功放模块与所述电动机之间的电流反馈至电流控制模块，所述电动机反馈位置有：电路控制模块、速度控制模块及位置控制模块。本发明按照“由粗到精，逐渐收敛”的原则，逐步调节，依次为：粗共焦、精共焦、粗共相和精共相四个步骤，解决了现有技术中存在无法实现逐级共相的问题，满足实际使用要求。

Description

一种多级伺服共相调节器
技术领域
本发明涉及多级伺服共相调节器，属于天文精密仪器控制技术领域。
背景技术
随着自适应光学、计算机、精密机械和自动控制技术的发展，望远镜口径也突破了一定的限制。目前国际上正在筹建和建设中的超大口径光学望远镜有詹姆斯韦伯空间望远镜(JWST)、先进技术大口径空间望远镜(ATLAST)、三十米望远镜(TMT)、欧洲极大口径望远镜(E-ELT)和大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)等，这些望远镜都采用拼接技术制造主镜。拼接望远镜是由许多六边形子镜“拼接”成一个完整的、连续的主镜，子镜尺寸较小，也避免了像单块大镜子那样的厚度，解除了重量的限制，使极大口径望远镜变成了可能。然而，拼接镜面也会带来一些新的问题。比如：由于重力载荷、温度、振动等因素的影响，子镜间总是会存在相互错位，导致了子镜的位移误差，使已拼接后的整个镜子无法组合成连续的面形，最终也无法成预期的理想像。因此，如何精确检测到这种位置误差并且将其快速反馈到控制***是保证镜面连续平滑的一个关键问题；其中，平移误差(piston)的精确检测尤为关键；拼接镜面的共相失调误差按照“由粗到精，逐渐收敛”的原则，逐步调节，依次为：粗共焦、精共焦、粗共相和精共相四个步骤。
发明内容
本发明是针对现有技术存在的不足，提供一种多级伺服共相调节器，其共相失调误差按照“由粗到精，逐渐收敛”的原则，逐步调节，依次为：粗共焦、精共焦、粗共相和精共相四个步骤，解决了现有技术中存在无法实现逐级共相的问题，满足实际使用要求。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种多级伺服共相调节器，包括依次呈电连接的：CPU、位置控制模块、伺服控制单元及电动机；所述伺服控制单元包括依次呈电连接的：速度控制模块、电流控制模块及功放模块，所述位置控制模块是与所述速度控制模块电连接，所述功放模块是与所述电动机电连接；
所述功放模块与所述电动机之间的电流反馈至电流控制模块，所述电动机反馈位置有：电路控制模块、速度控制模块及位置控制模块。
作为上述技术方案的改进，所述伺服控制单元是按照“由粗到精，逐渐收敛”原则，逐步调节共相失调误差，包括：粗共焦、精共焦、粗共相和精共相四个步骤。
作为上述技术方案的改进，所述精共相包括：电源和CPU，所述电源与所述CPU之间电连接有第一伺服控制单元、第二伺服控制单元及第三伺服控制单元。
作为上述技术方案的改进，所述第一伺服控制单元包括：与电源连接的电容C1和电容C2，所述电容C1和电容C2上电连接有传感器支持电路1，所述传感器支持电路1与所述CPU电连接，所述CPU上反向电连接有压电陶瓷控制器1，所述压电陶瓷控制器1上电连接有压电陶瓷1，所述压电陶瓷1与所述电容C2电连接。
作为上述技术方案的改进，所述第二伺服控制单元包括：与电源连接的电容C3及与电容C3电连接的电容C4，所述电容C3和电容C4上电连接有传感器支持电路2，所述传感器支持电路2与所述CPU电连接，所述CPU上反向电连接有压电陶瓷控制器2，所述压电陶瓷控制器2上电连接有压电陶瓷2，所述压电陶瓷2与所述电容C4电连接。
作为上述技术方案的改进，所述第三伺服控制单元包括：与电源连接的电容C5和电容Cf，所述电容C5和电容Cf上电连接有传感器支持电路3，所述传感器支持电路3与所述CPU电连接，所述CPU上反向电连接有压电陶瓷控制器3，所述压电陶瓷控制器3上电连接有压电陶瓷3，所述压电陶瓷3与所述电容Cf电连接。
本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：
针对以上的超大口径望远镜，拼接镜面是现阶段以及未来一段时间内兼顾高分辨率和高成像质量的可行、有效的解决方案，建成超大口径拼接光学望远镜是势在必然，共相调节是实现拼接望远镜的关键技术之一，本方案正是针对实现这一关键技术的迫切需求而开展研究，本方案的核心部分为四个互相关联的闭环***，采用定制的伺服电机，从外环待内环逐步实现粗共焦、精共焦、粗共相、精共相。
附图说明
图1为本发明总体实现框图；
图2为本发明精共相实现示意图；
图3为本发明软件设计框图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。
实施例：如图1-图3所示：多级伺服共相调节器，其包括依次呈电连接的：CPU、位置控制模块、伺服控制单元及电动机；所述伺服控制单元包括依次呈电连接的：速度控制模块、电流控制模块及功放模块，所述位置控制模块是与所述速度控制模块电连接，所述功放模块是与所述电动机电连接；所述功放模块与所述电动机之间的电流反馈至电流控制模块，所述电动机反馈位置有：电路控制模块、速度控制模块及位置控制模块；其针对共相失调误差按照“由粗到精，逐渐收敛”的原则，逐步调节，依次为：粗共焦、精共焦、粗共相和精共相四个步骤，解决了现有技术中存在无法实现逐级共相的问题，满足实际使用要求。
进一步改进地，精共相包括电源和CPU，所述电源与所述CPU之间电连接有第一伺服控制单元、第二伺服控制单元及第三伺服控制单元；第一伺服控制单元包括：与电源连接的电容C1和电容C2，电容C1和电容C2上电连接有传感器支持电路1，传感器支持电路1与CPU电连接，CPU上反向电连接有压电陶瓷控制器1，压电陶瓷控制器1上电连接有压电陶瓷1，压电陶瓷1与电容C2电连接；所述第二伺服控制单元包括：与电源连接的电容C3及与电容C3电连接的电容C4，电容C3和电容C4上电连接有传感器支持电路2，传感器支持电路2与CPU电连接，CPU上反向电连接有压电陶瓷控制器2，压电陶瓷控制器2上电连接有压电陶瓷2，压电陶瓷2与电容C4电连接；第三伺服控制单元包括：与电源连接的电容C5和电容Cf，电容C5和电容Cf上电连接有传感器支持电路3，传感器支持电路3与CPU电连接，CPU上反向电连接有压电陶瓷控制器3，压电陶瓷控制器3上电连接有压电陶瓷3，压电陶瓷3与电容Cf电连接。
本发明的核心部分为四个互相关联的闭环***，采用定制的伺服电机，从外环待内环逐步实现粗共焦、精共焦、粗共相、精共相。
实验步骤：
利用第一组带反馈的伺服电机将拼接平行板调节至5mm误差范围内。
利用第二组：色散条纹传感器+伺服电机的方案，时间焦点的精确控制，误差控制在5um范围内。
利用图2原理，采用电容式边缘传感器，将平行度误差调节至5-10nm范围内：
Figure GDA0002025026780000041
实验结果表明：该平行度可以空载在千分之0.9的范围内。即在逐级调节的至粗共相的基础上，平板平行度为50um的情况下，控制精度为4.5nm。鞥达到调节精度。
以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种多级伺服共相调节器，其特征在于：包括依次呈电连接的：CPU、位置控制模块、伺服控制单元及电动机；所述伺服控制单元包括依次呈电连接的：速度控制模块、电流控制模块及功放模块，所述位置控制模块是与所述速度控制模块电连接，所述功放模块是与所述电动机电连接；
所述功放模块与所述电动机之间的电流反馈至电流控制模块，所述电动机反馈位置有：电路控制模块、速度控制模块及位置控制模块；
所述伺服控制单元是按照“由粗到精，逐渐收敛”原则，逐步调节共相失调误差，包括：粗共焦、精共焦、粗共相和精共相四个步骤；所述精共相包括：电源和CPU，所述电源与所述CPU之间电连接有第一伺服控制单元、第二伺服控制单元及第三伺服控制单元；
所述第一伺服控制单元包括：与电源连接的电容C1和电容C2，所述电容C1和电容C2上电连接有传感器支持电路1，所述传感器支持电路1与所述CPU电连接，所述CPU上反向电连接有压电陶瓷控制器1，所述压电陶瓷控制器1上电连接有压电陶瓷1，所述压电陶瓷1与所述电容C2电连接；
所述第二伺服控制单元包括：与电源连接的电容C3及与电容C3电连接的电容C4，所述电容C3和电容C4上电连接有传感器支持电路2，所述传感器支持电路2与所述CPU电连接，所述CPU上反向电连接有压电陶瓷控制器2，所述压电陶瓷控制器2上电连接有压电陶瓷2，所述压电陶瓷2与所述电容C4电连接；
所述第三伺服控制单元包括：与电源连接的电容C5和电容Cf，所述电容C5和电容Cf上电连接有传感器支持电路3，所述传感器支持电路3与所述CPU电连接，所述CPU上反向电连接有压电陶瓷控制器3，所述压电陶瓷控制器3上电连接有压电陶瓷3，所述压电陶瓷3与所述电容Cf电连接。
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