基于音圈电机的主动光学力促动器研究.pdf

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1、基于音圈电机的主动光学力促动器研究陈子豪，顾永刚，翟超(中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽合肥230027)ResearchingofActiveOpticsForceActuatorBasedontheVoiceCoilMotorCHENZi—hao，GUYong—gang，ZHAIChao(DepartmentofPrecisionMachineryandPrecisionInstrument，UniversityofScienceandTechnologyofChina，Hefei230

2、027．China)摘要：采用音圈电机实现直线位移校正，采用最最高频率约为10一。Hz，但如果还要校正一部分低少拍控制理论对音圈电机进行位置反馈控制，实现频的圆顶内和主镜上的大气扰动以及风载引起的误了快速响应，无稳态误差，超调小，扰动快速恢复，高差，则校正频率要高达1OHZu。分辨力等传统PID控制算法无法大幅优化的控制薄镜面主动光学利用薄的反射镜(一般是主镜)系统性能指标。的微小弹性变形，来补偿望远镜的主镜和次镜由于关键词：大口径望远镜；波前误差；音圈电机；直重力、温度变形等引起的系统波前误差。要精

3、确地线位移；最少拍执行薄镜面的微小变形，采用能动支撑系统及时修中图分类号：TH74正面形，就需要有高精度、一定面密度数量的主动支文献标识码：A撑力促动器。文章编号：100l一2257(2O12)06—0047—03因此，主动光学校正变形技术不仅仅对力促动Abstract：Inthispaper，VCMwasusedasthe器的性能有很高的要求，也对数量有很大的需求，其driveroftheforceactuator．Withusingdeadbeat总造价就是一个不小的数字。所以，在设计时，一方co

4、ntroltheorytorealizepositionfeedbackcontrol—面要考虑到力促动器性能，以最大程度满足主动光lingtheVCM，fastresponse，nosteady—stateer—学的需要，另一方面应在满足性能的基础上尽可能ror，smallovershoot，rapidrecovery，high—resolu—简化装置和控制，最后，考虑其成本，尽可能降低每tionwereachieved．Thesecontrolsystemperform—个促动器的成本。ancei

5、ndicatorscannotdeeplyimprovebythetradi—1系统控制原理及实现tionalPIDcontrolalgorithm．Keywords：large—scaletelescope；wavefront1．1音圈电机数学模型errors；voicecoilmotor；lineardisplacement；dead-音圈电机，根据运动形式的不同，可分为旋转式beatcontro1与直线式。音圈旋转电机可视为一种单相直流电机，只是其旋转角度受到限制，一般小于9O。，用于对硬盘磁头

6、进行直接驱动和精密定位，实现数据的0引言读写操作。音圈直线电机属于直线直流电机的一主动光学是大口径望远镜中的关键技术，主动种，同样也有行程的限制，无法太长，具有良好的动态特性和直接驱动。由它构成的直线伺服系统，能光学系统是闭环控制的校正波前误差的系统，由波够克服传统的旋转电机加滚珠丝杠驱动方式的一些前传感器、计算机控制系统、校正元件和校正促动器不足，具有结构简单、动态响应最快、调速范围宽和组成。主动光学校正的误差源主要来自光学和机械定位精度高等优点。随着设计水平与控制技术的不加：、装校等产生的系统误差

7、及望远镜由于重力和断发展，音圈直线电机的应用范围不断扩展，目前在温度梯度变化而产生的变形，因此，校正频率较低，各类短行程的闭环伺服应用中广受欢迎。收稿日期：2012—01—09通过对音圈电机原理的分析，可得音圈电机《机械与电子~2012(6)·47·的主动光学力促动器机电耦合模型为]：由图2可知，系统的响应时问为0．15s，离控制G㈦一一Bgl指标0．10S还有很大距离。而系统的响应时间又而i(1)是控制系统提出的最重要的要求，为此，只能寻求其代人系统相关参数，可得系统传递函数为：它控制策略。1。3最

8、少拍应用于音圈电机模型G㈤一一丽(2)最少拍系统是指一类计算机快速跟踪系统或快系统的阶跃响应如图1所示。速响应系统。这种系统对于特定的典型输入(阶跃、等速度或等加速度信号)具有最快的响应速度。复合控制系统不仅可以获得满意的最少拍无纹波跟踪性能，而且可以同时获得满意的抑制干扰和模型失配影响的鲁棒性能。在系统外部干扰较强，系统模型精度不高的场合，应尽可能采用复合控制结构。根据参考文献[1O]中的步骤，首先需用Matlab将式(2)离散改写成传递函数：G㈦一一