Анализ производительности сервопривода главной оси крупноапертурного телескопа с синхронным приводом нескольких двигателей
摘要
В ответ на требования к системе сервопривода главной оси телескопов следующего поколения с сверхбольшим диаметром на земной основе предложен метод управления на основе синхронного управления несколькими двигателями. Основана аппаратная часть системы управления телескопа с диаметром около 4 метров и спроектирована архитектура многодвигательного синхронного управления на базе шины EtherCAT. Приведены методы калибровки параметров и результаты испытаний сегментных дуговых постоянных синхронных двигателей (Segmented Arc Permanent Magnet Synchronous Motors, SAPMSM) и моторных узлов подвеса по азимуту и возвышению. Скоростной контур спроектирован как оптимальная вторая порядковая система, с использованием структурного фильтра и алгоритма против перенасыщения достигнут быстрый выход скорости без превышения амплитуды. В дополнение решены вопросы измерения колебаний крутящего момента с помощью количественного анализа на основе тока момента; уменьшение пульсаций достигнуто согласованием электрофазного угла двигателя, а также введен расширенный наблюдатель состояния для компенсации пульсаций по упреждению. Экспериментальные результаты показывают, что телескоп с прямым приводом имеет первую резонансную частоту монтажного узла слежения не менее 20 Гц, двухприводная архитектура возвышения обеспечивает лучшие частотные характеристики, полоса пропускания скоростного контура сервосистемы не менее 6 Гц, что позволяет телескопу быстро и без превышений обеспечивать как малые скорости в линейной зоне, так и большие скорости в нелинейной зоне управления. После введения алгоритма компенсации пульсаций момента пульсации скорости возвышения снизились с 0.000868 (°)/с до 0.000341 (°)/с, что значительно улучшило стабильность скорости. Данная система сервопривода с синхронным управлением несколькими двигателями главной оси способна удовлетворить высокоточные требования управления больших телескопов и может служить эталоном для проектирования систем управления ещё больших телескопов.
关键词
Наземный телескоп;Постоянный синхронный двигатель;Синхронное управление;Шина EtherCAT;Противонасыщение;Расширенный наблюдатель состояния;Колебания крутящего момента