大型射电望远镜反射面主动调整系统设计

　 　0　引言

　　大型射电望远镜在工作时,由于受重力、温度及风力等因素的影响,天线面板组成的实际曲面与理想曲面之间将会存在误差。为了补偿这些误差,提高天线在高频段观测的效率,引入了反射面主动调整系统。主要功能是根据观测过程中天线位置的改变,主控计算机将各控制点的补偿量传送给各控制点促动器的微控制器,微控制器给电机发出动作指令,电机驱动蜗轮蜗杆副和滚珠丝杠副,使得促动器法兰上的4根支撑螺杆沿轴向运动,对天线面板的位置进行实时的调整,以保证所需的天线反射面精度。同时微控制器可以把当前促动器位置上报给主控计算机,使主控计算机可以对各控制点状态进行实时监控。各促动器采用模块化设计并能够迅速、准确自动检测,对于故障告警能提示模块名称和具体的位置。

　　1　系统结构分析

　　反射面主动调整系统由主控计算机、控制网络控制总线、促动器(反射面面板调节机构和微控制器)及供电单元组成。某大型射电望远镜反射面主动调整系统需要1 104台促动器安装在天线背架上。以天线背架的主梁(共24根)为单位,将促动器分为24组,每组46台。每组促动器采用沿着天线面板各节点的结构布局,为了满足促动器安装时的准确定位。促动器与安装底座之间的配合设计为菱形结构,不仅保证了促动器的安装定位,还能防止促动器的受力扭转。每台促动器需要2根电缆,1根为电源线,1根为信号线。电源线和信号线均固定

　　在天线背架上,沿着促动器的布局走向,顺序通过每一台促动器的电源插座和信号插座。采用交流220 V供电,每组促动器通过并联方式供电。

　　为了简化系统布线、方便控制点的地址管理和实现控制点的可扩展功能,反射面主动调整系统的控制采用分布式总线通讯方式,实现与各个促动器的联接。

　　主控计算机通过以太网连接到12个以太网转CAN总线模块,每个以太网转CAN总线模块由2路CAN总线组成,每路CAN总线联接46台促动器。其系统组成如图1所示

　　促动器法兰上的4根支撑螺杆分别连接到对应的反射面面板,不仅起到支撑天线面板的作用,还能在天线面板温度变化时做出恰当的弯曲变形,自动与面板变形相适应,从而减小了面板的表面精度降低。当天线工作在高频段,面板需要调整时,主控计算机根据天线的不同仰角,将各控制点需要的位移量通过走线方式传送给各促动器的微控制器,微控制器给电机发出工作指令,电机驱动蜗杆、蜗轮,从而使得丝杠旋转。丝杠的旋转带动滚珠丝杠副的螺母沿着促动器的轴向平移,从而带动促动器法兰上的4根支撑螺杆沿轴向运动,实现天线面板的位置调整。