Als Reaktion auf die Anforderungen an das Servomotorsystem der Hauptachse zukünftiger bodengebundener Teleskope mit sehr großem Durchmesser wurde eine Steuerungsmethode basierend auf der synchronisierten Ansteuerung mehrerer Motoren vorgeschlagen. Die Hardwarekomponenten des Steuerungssystems wurden am Beispiel eines Teleskops der Größenordnung 4 m vorgestellt, und eine mehrmotorige synchrone Steuerarchitektur basierend auf dem EtherCAT-Bus entworfen. Methoden zur Parameterkalibrierung und Testergebnisse für segmentierte bogenförmige Permanentmagnet-Synchronmotoren (Segmented Arc Permanent Magnet Synchronous Motors, SAPMSM) und Elevationsmontagemotoren wurden dargestellt. Die Geschwindigkeitsregelung wurde als optimales zweites Ordnungssystem ausgelegt, und durch Einführung eines Strukturfilters und eines Anti-Sättigungs-Regelalgorithmus wurde eine schnelle und überschwingfreie Geschwindigkeitsausgabe erreicht. Weiterhin wurde für die Messung von Drehmomentfluktuationen eine quantitative Analysemethode basierend auf dem Drehmomentstrom vorgeschlagen. Durch das Phasenangleichung des elektrischen Winkels des Motors wurden Drehmomentfluktuationen reduziert, gleichzeitig wurde ein erweiterter Zustandsschätzer eingeführt, um eine Vorwärtskompensation der Drehmomentfluktuationen zu realisieren. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass das Teleskop mit Direktantrieb eine erste Resonanzfrequenz der Nachführeinheit von mindestens 20 Hz aufweist, die doppelte Antriebsarchitektur der Elevationsachse bessere Frequenzeigenschaften besitzt, die Bandbreite des Geschwindigkeitsregelsystems nicht unter 6 Hz liegt und das Teleskop sowohl im linearen Bereich bei niedriger Geschwindigkeit als auch im nichtlinearen Bereich bei hoher Geschwindigkeit schnelle und überschwingfreie Geschwindigkeitsausgabe realisieren kann. Nach Einführung des Feedforward-Kompensationsalgorithmus für Drehmomentfluktuationen sank die Geschwindigkeitsfluktuation der Elevationsachse von 0,000868 (°)/s auf 0,000341 (°)/s, was die Geschwindigkeitsstabilität deutlich verbessert. Dieses mehrmotorige synchronisierte Servoantriebssystem der Hauptachse erfüllt die hohen Präzisionsanforderungen großer Teleskope und kann als Referenz für die Auslegung von Steuerungssystemen noch größerer Teleskope dienen.

Bodenteleskop;Permanentmagnet-Synchronmotor;Synchronantrieb;EtherCAT-Bus;Anti-Sättigung;Erweiterter Zustandsschätzer;Drehmomentfluktuation