旋转望远扫描机构伺服与跟踪技术研究

• 作 者: 黄玉婷
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 旋转望远扫描机构 伺服系统 直流无刷电机 跟踪技术

旋转望远扫描机构是新型光电成像仪的重要组成部分之一,它采用旋转望远镜筒整体360°圆周旋转扫描的扫描方式,仪器在偏振灵敏度、杂散光影响、光电像质与效率以及系统定标方面具有明显优势。　　
课题以旋转望远扫描伺服系统为研究对象,以直流无刷电机作为扫描机构的驱动执行部件,使系统在低速下实现连续平稳运行与跟踪。该项课题研究成果对新型光电成像仪的研究具有十分重要的意义。具体研究结果如下:　　
首先,分析旋转望远扫描机构的运行方式与扫描原理,对系统的驱动电机和硬件设备进行合理选择,完成了系统方案设计,并结合直流无刷电机的数学模型和系统设计方案,对系统进行了软件上的仿真,验证了设计的可行性。其次,结合硬件电路,在CCS下采用C语言完成了系统的软件算法程序的编写,包括电机换相模块、测速模块、跟踪模块等。最后,分别完成了主扫描电机和跟踪电机的周期稳定性实验和两台电机的跟踪实验。实验结果表明主电机速度稳定性1.2‰,从电机速度稳定性3‰,满足系统的5‰的要求,且跟踪精度也满足3°的要求,对跟踪时间进行了优化设计,达到最长跟踪时间2.36分的目标。　　
本文的创新点在于:　　
1)选择直流无刷电机加高精度增量式光电编码器的驱动结构完成大惯量旋转望远扫描机构的驱动控制,验证了这种驱动方式可行性,为旋转望远扫描机构的研制做出了探索性的尝试。　　
2)采用高速数字信号处理器(DSP)TMS320F2812作为控制器,采用梯形波驱动方式,霍尔换相,光电编码器测速及增量式PID控制算法,使两直流无刷电机分别在30rpm、15rpm的低速下实现平稳运行与精确跟踪。