大射电望远镜馈源精调平台控制系统的研究与开发

　　FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Tele- scope,500 m口径球面射电望远镜)是国际大射电望远镜计划在中国的一项先导工程,拟安装在具有KARST地貌优势的贵州省境内,FAST的建造可大大提高我国在射电天文方面的竞争力。在FAST的研究中,馈源跟踪采用了光机电一体化技术和粗、精两级调整方案[1],六根悬索通过六个均匀分布的支撑塔台拖动馈源舱运动实现粗调,并拉到预定控制精度50 cm;由于馈源的空间位置精度最终要求为4 mm,需通过精调平台的二级调节完成对馈源的精调。精调平台采用Stewart机构——BKX-I,其上平台固连在馈源舱上,下平台装有馈源,通过实时改变BKX-I六根伸缩杆的长度可将馈源稳定地调整在要求的位置精度内。

　　1　两级调整机理

　　两级调整的结构如图1所示。被跟踪的星体确定后,可算出馈源(舱)的跟踪轨迹,由馈源舱在各跟踪点的位置和姿态就可计算出悬索的长度,并由总控计算机PC1控制大功率伺服系统驱动馈源舱带动馈源向目标点运动。由于柔性的索结构是大滞后、大惯性系统,因此单凭对悬索进行控制很难将馈源调整到毫米级的位姿精度,只能达到50 cm 以内的粗调范围[2];因此馈源的最终位姿精度还要通过对精调平台进行2级调整来实现,两级调整的控制系统框图如图2所示。激光检测系统对馈源舱的位姿进行实时检测, 测出的数据经过测量计算机PC3处理后传给PC1。PC1一方面据此对粗调系统进行闭环控制,拖动馈源舱到预定位置;另一方面将数据传给PC2,PC2根据馈源舱当前位姿 (BKX-I上平台位姿)和馈源目标位姿(BKX-I下平台位姿)计算BKX-I各个伸缩杆的长度,并下传到多轴运动控制器PMAC(由美国Delta Tau公司生产)中进行精调控制,最终将馈源调整到要求的精度(4 mm)之内。

　　2　精调系统硬件配置

　　精调系统本身也是一个主从式的控制系统,PC2为精调主机, PMAC为精调从机。PC2同PC1,PC3放在中央控制室内,PMAC和精调伺服系统在馈源舱内。PC2与 PMAC的信息传输距离大于500 m,因此,PC2与PMAC之间采用串行通讯。又因为传输距离已大大超过RS-232 标准的15 m范围,因此在PC2的RS-232端加装了光隔超远程驱动器,既保障了设备安全,又可以实现长距离通讯。 PMAC控制卡与电机驱动器等的配置与BKX-I用作数控系统类似[3]。

　　3　精调系统软件开发

　　精调系统软件的核心包括两大部分:PC2与PC1通讯部分和PC2向PMAC发指令部分。

　　3.1　PC2与PC1通讯

　　进行实时串行通讯必须遵守一定的通讯协议,包括每组数据起始、结束标志,数据校验格式,串行帧起始位、数据位、奇偶校验位和停止位等。根据PC1与PC2所需传递的数据信息,制定如下通讯协议: