胡伟，王莉。张振超，汪达兴。

   (1．河南理工大学电气工程与自动化学院， 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所)
      摘要：大口径天文望远镜不仪聚光能力增强，且分辨能力也提高。天文望远镜是光、机、电多学科交叉的系统工程，其伺服控制系统的精度列整个望远镜的系统性能起到重要的作用。该文根据天文望远镜跟踪目标的特点，采用直接驱动控制技术，开发了新型的DsP的数字控制平台。DsP数字控制器系统完成伺服驱动电机的矢量控制，该系统能够满足大口径天文望远镜高精度跟踪，并满足天文观测的精密、宽调速参数要求。试验结果表明该系统控制器稳定性好、可靠性高，其控制精度达到了预期的效果：
　　关键词：大口径天文望远镜；直接驱动；超低速；水磁同步电机

      中图分类号：TM351；TM341    文献标志码：A    文章编号：1001 6848(20l0)08一0038一03

0引  言
      为了广探索更早期的宇宙秘密，人们希望拥有更强集光能力的望远镜，而望远镜的集光能力是随着口径的增大而增强的。大的口径使得转动部分的体积更加庞大，重达数百吨，而且还必须克服风载。由于天体目标非常遥远，为了使得望远镜作补偿地球白转时对所观测天体进行精密跟踪，要求驱动达到角秒级的高精度，而且跟踪速度有时极低，甚至小于1／s，因此伺服控制系统的精度对整个望远镜的系统性能起到重要的作用{1-2}。
　　传统的中、小型望远镜传动一般采用齿轮传动、蜗轮蜗杆副传动或摩擦传动。随着望远镜口径的增大，精度要求越来越高，高精度大尺寸的齿轮、涡轮的制造和运输都很困难。摩擦传动动态刚度差，有低速爬行和滑移现象，难以实现大尺寸高精度加工。因此必须有新的驱动方式来满足未来大口径望远镜跟踪要求。
　　目前国际上大型灭文望远镜已经成功应用了直接驱动的控制技术(如西班牙10．4 m的cTc{7}。、日本8．2 m的subaⅢ、欧南台(EsO)4架8.2mVLT和射电望远镜阵AlAM)，未来更大的望远镜如GsMT(30 m)、cMT(26 m)等也都准备采用这种技术。这种电机目前还没有标准，都是根据需要单独研发的。由于资金和技术方面的原因，很难获得进口，发展大口径天文望远镜总是受到核心技术限制。
　　本文根据新型大口径天文望远镜跟踪目标的要求，采用直接驱动控制技求，省去了电机和负载之问的传动部分，将电机与负载直接藕合在一一起，可以有效抑制齿隙、静摩擦转矩等非线性因素影响，提高了系统的可靠性，减少了维护时问和维护费用。控制器部分以高性能DsP为核心，以智能功率模块构成主电路，选用光电编码器检测转子位置，采用矢最控制算法。试验结果表明该系统控制器稳定性好、可靠性高，其控制精度达到了预期的效果。

l大型天文望远镜直接驱动技术
    随着望远镜口径的增大，要求的电机直径也相应的加大，所以为了方便加工、运输，降低成本，驱动电机采用单元电机分块设计思想，然后在现场组装。本文伺服电机定子由15块组成，转子二由4块组成，采用内转子结构，电机为3相星形接法，如图1所示{3}。

   直接驱动将伺服电机与负载直接刚性联接，省去了中间机械传动和变换环节，减少了影响伺服系统性能的不利因素，为进一步提高系统性能创造了，条件。对于大型天文望远镜而言，需要跟踪速度要求越来越低，直接驱动伺服电机的力矩波动和齿槽效应影响跟踪精度．为此本文采取以下一些措施用以减少电机脉动转矩：
　　(1)合理配置电机极数和槽数(本电机为60对极，165槽)，使得电机极数和槽数的最小公倍数(LcM)较高，如图2所示(图巾只画出了其中一个定子单元模型)

     (2)磁极为采用c形结构．电枢绕组采用集中绕组方式，合理选择永磁体宽度和齿槽宽度比；

     (3)选择高质量材料，提高工艺加工水平，削弱机械加lI和材料引起的转矩脉动；

    (4)电机绕组采用星形接法，用以消除3次以及3的倍数的次谐波。
　 (5)运用sVPwM控制技术，调整电流或反电势波形，得到****电流及反电势波形，用于消除低速时电磁因素和电流换向引起的转矩脉动{4}。