大射电望远镜悬索馈源支撑系统的控制硬件设计与实现
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摘要
本文课题来源于中国科学院知识创新工程项目：大射电望远镜馈源支撑与指向跟踪系统的光机电一体化仿真与实验研究。500米口径球面射电望远镜FAST是国际上现有的和计划中最大口径的射电望远镜，其综合性能比国际上现有的设备高一个数量级。针对现有射电望远镜的不足，我国科学家提出了全新的光机电一体化设计方案。为验证方案的可行性，实地建造了50米缩比模型。
本文从FAST光机电一体化设计的工程实际出发，结合50米模型详细叙述了该系统的工作原理及硬件实现方法，并对电机的升降速控制方法进行了探讨。其中包括以下几部分：1、系统总控制回路的工程实现方法；2、伺服控制卡的工作原理、电路组成及驱动软件工作流程；3、力矩实时检测装置的工作原理、具体实现电路和软件工作流程；4、针对电机的转速突变时容易出现冲击抖动的情况，提出了电机升降速的控制算法。希望本文工作能够为500米射电望远镜的建造积累经验，提供参考。
This subject stems from CAS Knowledge Innovation Project item: Optomechatronics Simulation and Experiment in the Cable-Cabin Support and Point-Track System for Large Radio Telescope. The 500-metre Caliber Spherical Radio Telescope is the largest one built and to be built. Its capability is one quantity grade higher than the others' available. Aiming at the shortcomings of the existing telescope, our scientists put forward a new Optomechatronics project. To validate the feasibility of the project, we built 50-metre model.
From the engineering practice of the Optomechatronics Design for FAST, the working principle for system and hardware realization are described, and motor ascending and descending velocity arithmetic is discussed in this thesis, including the realization of the system control loop, the principle of servo control card and its hardware and software realization, the principle of moment real time detect equipment and its hardware and software realization. Aiming at the fact that motor trends to dither when its velocity changes abruptly, this thesis put forward the motor ascending and descending velocity arithmetic. I wish the thesis's work can provide reference for the building of 500-metre radio telescope.
本文从FAST光机电一体化设计的工程实际出发，结合50米模型详细叙述了该系统的工作原理及硬件实现方法，并对电机的升降速控制方法进行了探讨。其中包括以下几部分：1、系统总控制回路的工程实现方法；2、伺服控制卡的工作原理、电路组成及驱动软件工作流程；3、力矩实时检测装置的工作原理、具体实现电路和软件工作流程；4、针对电机的转速突变时容易出现冲击抖动的情况，提出了电机升降速的控制算法。希望本文工作能够为500米射电望远镜的建造积累经验，提供参考。
This subject stems from CAS Knowledge Innovation Project item: Optomechatronics Simulation and Experiment in the Cable-Cabin Support and Point-Track System for Large Radio Telescope. The 500-metre Caliber Spherical Radio Telescope is the largest one built and to be built. Its capability is one quantity grade higher than the others' available. Aiming at the shortcomings of the existing telescope, our scientists put forward a new Optomechatronics project. To validate the feasibility of the project, we built 50-metre model.
From the engineering practice of the Optomechatronics Design for FAST, the working principle for system and hardware realization are described, and motor ascending and descending velocity arithmetic is discussed in this thesis, including the realization of the system control loop, the principle of servo control card and its hardware and software realization, the principle of moment real time detect equipment and its hardware and software realization. Aiming at the fact that motor trends to dither when its velocity changes abruptly, this thesis put forward the motor ascending and descending velocity arithmetic. I wish the thesis's work can provide reference for the building of 500-metre radio telescope.
引文
[1]sunlight.zbinfo.net/0000002c/Ezx/ezx 11-07/xuewen/kejian 1.htm
[2]Qiu.yuhai. H.A novel design for a giant Arecibo-type radio telescope with an active main reflector. Mon.Not. R.Astron. Soc, 1998, 301. 827-830
[3]邱育海．具有主动主反射面的巨型球面射电望远镜．天体物理学报．1998，2，18．222-227
[4]J.Mervis and J.Kinoshiata. Science of America. 1995.270
[5]'Memorandum of an Agreement to Co-operate in a Technology Study Program Leading to a Future Very Large Radio Telescope'. signed by participants from Australia, Canada, China, India, the Netherlands, and the U.S.A.
[6]Li Hui.China Hopes to Move FAST on Largest Telescope .Science of America. 1998.281.771
[7]B.Y. Duan elt. Study on the feeder system of large spherical radio telescope from the view point of mechanical and structural engineering. Proceeding of The Third International Conference On Large Radio Telescope. Guizhou of China ,October 2-6. 1995
[8]Duan .B.Y . Anew design project of the line feed structure for large radio telescope and its nonlinear dynamic analysis. Mechatronics. 1999,9,1.53-64
[9]Duan. B.Y. Some New Result About the Integrated Design of Mechanical, Electronic. Optic and Automatic Control Technologies for Next Generation Large Radio Telescope. The Invited Paper of The URSI Large Telescope Working Group Meeting and 1KT International Technical Workshop, Sydney, Australia, 1997
[10]段宝岩，苏玉鑫，仇原鹰等．新一代大射电望远镜机电光一体化的研究．中国机械工程．1999，10，9．1002-1004
[11]段宝岩，王均阳．大型球面天线线馈源结构光机电综合随机设计研究．西安电子科技大学学报．1998，5，25．575-581
[12]南仁东，丘育海，彭勃等．1999—FAST学术年会工作报告．1994，4，4．北京
[13]钟霖田．DCS的现状与发展趋势．自动化于仪器仪表．1994，3，3．1-8
[14]陈龙．总论DCS与国产化方向．工业仪表与自动化装置．1994，2，2．19-24
[15]郝玉山，刘金铸，康庆平等．SC DCS配电综合自动化系统．供用电 2000，1，1．15-19
[16]严武昇．电气传动技术．西安：西安电子科技大学出版社，1997．
[17]刘宏，严武昇．数控技术．西安：西安电子科技大学出版社，1993
[18]王彤．机电领域的伺服电机选择原则．应用科技．2000，1，28．6-8
[19]王文利，段宝岩，彭勃．基于计算机视觉的大射电望远镜馈源舱动态定位系统．光学技术．2001，1，27．78-81
[20]王文利，段宝岩，彭勃．由多台全站仪组成的馈源舱位姿动态定位系统．光学技术．2000，6，26．496—498
[21]魏强，仇原鹰，段宝岩．索系馈源舱闭环运动索长解算的研究．西安电子科技大学学报．(已录用)
[22]黄真，孔令富，方跃法．并联机器人机构学理论与控制．北京：机械工业出版社．1997
[23]松下交流伺服电机驱动器说明书
[24]丁富强，吕战争．基于PC的高性能数控系统的研究．机械与电子．2000，1，1．33-35
[25]江晓安．数字电子技术．西安：西安电子科技大学出版社，1998．231-235
[26]周永鹏，何顶新，万淑芸．基于工控机总线的单片机通用数控伺服控制器设计．机械与电子．2001，3，3．6-8
[27]丁富强．基于PC的高性能数控系统研究．机械与电子．2001，1，1．33-35
[28]鲜斌．CNC系统中的伺服控制卡．电气传动．2000，4，31．45-48
[29]董谦，万淑芸．PC总线工业计算机控制系统设计．计算机自动测量与控制．1999，7，3．23-26
[30]万仁明，景兴碧．基于PMAC下SCARA机器人控制．机械与电子．2001，1，1．19-21
[31]万砺宗．用数字I／O卡实现对步进电机的控制．机电一体化．2001，2，2．72-74
[32]马振群，王晓春，蒋锐权．四轴联动数控刨齿机的研制．机床与液压．2000，1，1．21-22
[33]叶伯生，朱志红．基于PC的教学机器人控制系统．机械与电子．2000，6，6．43-45
[34]龚京忠，李国喜，杨昂岳．基于微机平台的多CPU主闭环数控系统研究．机床与液压．2000，5，5．53-55
[35]马宏伟，杨平．一种基PC的多功能卡．机械与电子．2001，2，2．15-16
[36]李年珍，王峻峰，康宜华．基于单片微型计算机的步进电动机控制研究．机械与电子．2000，5，5．34-36
[37]李大友．微型计算机接口技术．北京：清华大学出版社．1999．236
[38]王福瑞．单片微机测控系统设计大全．北京：北京航空航天大学出版社．1999
[39]谢明红，蔡伯阳，朱国力．基于Windows平台的CNC实时多任务设计．机械与电子．2000，1，1．36-37
[40]孙勇，张东亮．基于Windows95／NT的开放式数控系统实时性分析．机械与电子．2000，1，1．43-45
[41]李湘红，曾艳．基于Windows应用程序的精确定时技术．机械与电子．2001，3，3．56-59
[42]候方，游有鹏．Windows 95／98下系统的实现．机械与电子．2001，2，2．9-11
[43]汤庆平，唐纯谦．由单片机构成的在线张力控制器．微型机与应用
[44]张西虎．基于旋转编码器的张力控制系统．机械与电子．2000．6，6．9-11
[45]李玉忍，谢利理．实用隔离型RS—485通信接口的设计．测控技术．2000，4，19．61-63
[46]王琦，秦娟英，周伟．用RS—485构成总线型多点数据采集系统．计算机自动测量与控制．2000，8，6．45-47
[47]薛红潮，孟晨，薛奇．Windows98下远程数据采集系统的设计．测控技术．2000，1，19．26-29
[48]项春红．几种串口通信接口标准及其在数据采集中的应用．测控技术．1999，6，18．65-66
[49]冯正鸣，赵学红，吕丽那．采用RS—485串行接口测试系统的远距离通信．计量技术．1997，9，9 23-26
[50]陆怀布．基于时间片的多单片机通信方法．机电工程．1999，3，3．19-20
[51]李朝青．单片机原理及接口技术．北京：北京航空航天大学出版社．1999
[52]胡乾斌，李光斌，李玲等．单片微型计算机原理与应用．武汉：华中理工大学出版社．1997
[53]陈少苗，刘大茂，陈海．485接口及其在集散型控制系统中的应用．福州大学学报(自然科学版)．1997，3，25．46-49
[54]杨振江．A／D、D／A转换器接口技术与实用线路．西安：西安电子科技大学出版社．1998
[55]周凯．步进驱动系统的高精度闭环控制．电机与控制学报．1998，3，2．13-17
[56]李曦，唐小奇，陈吉红等．NC伺服的加减速控制算法的研究与实现．机床与液压．2000，3，3．3-4．
[57]席光辉．经济型数控机床的半闭环控制及误差补偿．机床与液压．2000，3，3．65-66
[58]杨振江，蔡得芳．新型集成电路使用指南与典型应用．西安：西安电子科技大学出版社．2000
[2]Qiu.yuhai. H.A novel design for a giant Arecibo-type radio telescope with an active main reflector. Mon.Not. R.Astron. Soc, 1998, 301. 827-830
[3]邱育海．具有主动主反射面的巨型球面射电望远镜．天体物理学报．1998，2，18．222-227
[4]J.Mervis and J.Kinoshiata. Science of America. 1995.270
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[6]Li Hui.China Hopes to Move FAST on Largest Telescope .Science of America. 1998.281.771
[7]B.Y. Duan elt. Study on the feeder system of large spherical radio telescope from the view point of mechanical and structural engineering. Proceeding of The Third International Conference On Large Radio Telescope. Guizhou of China ,October 2-6. 1995
[8]Duan .B.Y . Anew design project of the line feed structure for large radio telescope and its nonlinear dynamic analysis. Mechatronics. 1999,9,1.53-64
[9]Duan. B.Y. Some New Result About the Integrated Design of Mechanical, Electronic. Optic and Automatic Control Technologies for Next Generation Large Radio Telescope. The Invited Paper of The URSI Large Telescope Working Group Meeting and 1KT International Technical Workshop, Sydney, Australia, 1997
[10]段宝岩，苏玉鑫，仇原鹰等．新一代大射电望远镜机电光一体化的研究．中国机械工程．1999，10，9．1002-1004
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[12]南仁东，丘育海，彭勃等．1999—FAST学术年会工作报告．1994，4，4．北京
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[43]汤庆平，唐纯谦．由单片机构成的在线张力控制器．微型机与应用
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[58]杨振江，蔡得芳．新型集成电路使用指南与典型应用．西安：西安电子科技大学出版社．2000