CN111610738A - 一种空间望远镜展开机构、控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种空间望远镜展开机构、控制系统和方法，空间望远镜展开机构包括：主体、3‑9组子镜单元和通讯单元；子镜单元包括镜面和限位单元；镜面通过驱动电机驱动展开或收起，驱动电机设置在所述主体的中轴位置；限位单元包括：第一限位单元，设置在每个所述镜面与所述主体连接的位置，用于实时测定镜面的位置信息；第二限位单元，包括与每个镜面对应的所述驱动电机相匹配设置的限位传感子单元，用于检测所述镜面展开或收起时的位置信息；第三限位单元，设置在每个镜面展开到位时镜面的正下方，通过镜面背面的标靶测算所述镜面的位置和姿态信息；通信单元，用于向外传输信息并接收控制指令。实现展开机构的平稳和高精度展开和定位功能。
Description
技术领域
本发明涉及空间望远镜技术领域，尤其涉及一种空间望远镜展开机构、控制系统和方法。
背景技术
现有空间望远镜展开机构在成像分辨率和清晰度等方面都有一定的不足。此外，现有空间望远镜设备的展开到位精度单纯只靠机械卡槽来确定，其在保证所有镜面的定位一致性方面也难以达到更高的精度。
空间展开机构具有刚度强度大、展开定位精度高、可靠性高、机械和热稳定性好、能够重复展开与收拢等特点。针对这些特点，国内外科研机构在空间展开机构应用领域都致力于开发出一套简单方便行之有效的方案。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明为了解决现有的问题，提供一种空间望远镜展开机构、控制系统和方法。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：
一种空间望远镜展开机构，包括：主体、3-9组子镜单元和通讯单元；每个所述子镜单元包括镜面和限位单元；所述镜面通过驱动电机驱动展开或收起，所述驱动电机设置在所述主体的中轴位置；所述限位单元包括：第一限位单元、第二限位单元和第三限位单元；所述第一限位单元，设置在每个所述镜面与所述主体连接的位置，用于实时测定所述镜面的位置信息；所述第二限位单元，包括与每个所述镜面对应的所述驱动电机相匹配设置的限位传感子单元，用于检测所述镜面展开或收起时的位置信息；所述第三限位单元，设置在每个所述镜面展开到位时所述镜面的正下方，通过所述镜面背面的标靶测算所述镜面的位置和姿态信息；所述通信单元，用于向外传输信息并接收控制指令。
优选地，所述第二限位单元包括三个限位传感子单元；当所述镜面收起时，一个限位传感子单元检测所述镜面位置姿态是否到位；当所述镜面展开时，两个限位传感子单元构成两级限位传感，所述镜面展开到第一级限位传感子单元的位置时，开始降速；所述镜面展开到第二级限位传感子单元的位置时，停止；所述第三限位单元是测算相机。
优选地，子镜单元是6组；所述镜面收起时，3扇所述镜面向上收起，3扇所述镜面向下收起；所述主体上、下分别设置两台电机分别用于锁紧和解锁所述镜面，所述电机各自匹配两个限位传感单元用于检测是否锁紧或是否解锁。
本发明又提供一种空间望远镜展开机构的控制方法，用于控制如上任一所述的空间望远镜展开机构的镜面展开或者收起，包括如下步骤：S1：从所述第一限位单元得到的位置信息，进而得到所述空间望远镜展开机构的状态；S2：控制所述空间望远镜展开机构的所述驱动电机运行带动所述镜面展开或收起；S3：获取所述第二限位单元得到的位置信息并驱动所述驱动电机运行带动所述镜面运动到位；S4：获取所述第三限位单元得到的位置和姿态信息，测算出所述镜面展开的精度。
优选地，通过发送运动控制指令控制电机驱动器驱动所述驱动电机运行带动所述镜面展开或收起。
优选地，所述驱动电机的运行包括角度、速度和运行方向。
优选地，所述空间望远镜展开机构的状态包括折叠状态、中间状态和展开状态。
本发明再提供一种空间望远镜展开机构的控制系统，采用如上任一所述的方法，包括：遥测和控制单元，用于接收所述空间望远镜展开机构展开或收起的指令；处理单元，根据所述展开或收起的指令发送运动控制指令到控制和驱动单元，同时实时获取所述第一限位单元得到的位置信息并反馈给所述遥测和控制单元；在所述镜面展开或收起时，获取所述第二限位单元得到的所述镜面展开或收起时的位置信息；当所述镜面展开到位后，获取每个所述第三限位单元得到的位置和姿态信息，通过解算得到所述镜面的位置和姿态，测算出所述镜面展开之后的精度并反馈给所述遥测和控制单元；所述控制和驱动单元，用于接收所述运动控制指令并分别驱动所述驱动电机运行带动所述镜面展开或收起并将所述限位单元得到的位置信息实时反馈给所述处理单元。
优选地，所述控制与驱动单元包括：电源转换单元、主控单元、通讯单元和电机运动驱动单元；所述电源转换单元，用于将母线电源的电压降低至所述控制与驱动单元工作时需要的电压；所述主控单元，驱动所述驱动电机运行带动所述镜面展开或收起并将所述限位单元得到的位置信息实时反馈给所述处理单元；所述通讯单元，用于接收所述运动控制指令；所述电机驱动单元，采用既具有集成MOS功能，又满足驱动电流特性的主控芯片带动所述镜面展开或收起。
优选地，所述控制与驱动单元还包括：电流反馈检测单元，用于实时获取所述驱动电机的运动电流的监测；传感反馈检测单元，用于实时接收所述镜面的运动位置的反馈信息，并依据所述反馈信息对所述驱动电机的运动切换控制。
本发明的有益效果为：提供一种空间望远镜展开机构、控制系统和方法，通过设置多镜面混合成像方式，增大空间望远镜的成像口径，以获取更高分辨率的成像效果。
进一步地，控制系统中设置多重定位，采用第一限位单元、第二限位单元和第三限位单元组成的限位单元进行定位，实现展开机构终端驱动设备的自适应恒流控制；综合确定镜面展开到位情况，实现展开机构的平稳和高精度展开和定位功能，获得更高的定位精度，从而获得更好的成像效果。
附图说明
图1是本发明实施例中第一种空间望远镜展开机构的示意图。
图2是本发明实施例中第二种空间望远镜展开机构的示意图。
图3是本发明实施例中第三种空间望远镜展开机构的示意图。
图4是本发明实施例中一种空间望远镜展开机构的控制方法的示意图。
图5是本发明实施例中一种空间望远镜展开机构的控制系统的示意图。
图6是本发明实施例中又一种空间望远镜展开机构的控制系统的示意图。
图7是本发明实施例中一种空间望远镜展开机构的控制方法的流程图。
图8是本发明实施例中一种控制和驱动单元的示意图。
图9是本发明实施例中一种降压流程图。
图10是本发明实施例中一种驱动发明示意图。
图11是本发明实施例中一种电源转换单元的工作示意图。
图12是本发明实施例中24V降压12V电路发明原理图。
图13是本发明实施例中24V降压5V电路发明原理图。
图14是本发明实施例中24V降压3.3V电路发明原理图。
图15是本发明实施例中CAN通讯单元电路发明原理图。
图16是本发明实施例中采用Powerstep01驱动芯片设计的电路原理图。
图17是本发明实施例中采用TB6600HG驱动芯片设计的电路原理图。
图18是本发明实施例中电流反馈检测传输单元的电路设计原理图。
图19是本发明实施例中传感反馈检测单元电路设计原理图。
图20是本发明实施例中电机驱动器运动控制系统软件设计流程图。
具体实施方式
为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1所示，本发明提供一种空间望远镜展开机构，包括：主体、3-9组子镜单元和通讯单元；
每个所述子镜单元包括镜面和限位单元；
所述镜面通过驱动电机驱动展开或收起，所述驱动电机设置在所述主体的中轴位置；
所述限位单元包括：第一限位单元、第二限位单元和第三限位单元；
所述第一限位单元，设置在每个所述镜面与所述主体连接的位置，用于实时测定所述镜面的位置信息；
所述第二限位单元，包括与每个所述镜面对应的所述驱动电机相匹配设置的限位传感子单元，用于检测所述镜面展开或收起时的位置信息；
所述第三限位单元，设置在每个所述镜面展开到位时所述镜面的正下方，通过所述镜面背面的标靶测算所述镜面的位置和姿态信息；
所述通信单元，用于通讯传输并用于接收控制指令。
在本发明中，构建多组子镜单元，采用多镜面混合成像方式，增大空间望远镜的成像口径，以获取更高分辨率的成像效果；进一步地，采用第一限位单元、第二限位单元和第三限位单元组成的限位单元进行定位，实现展开机构终端驱动设备的自适应恒流控制；综合确定镜面展开到位情况，实现展开机构的平稳和高精度展开和定位功能，获得更高的定位精度，从而获得更好的成像效果。
可以理解的是，此处是从功能上进行限定，实际实现本申请的硬件装置中满足上述功能即可，多个单元可以对应同一个硬件，比如本身带有CAN传输数据通讯功能的驱动电机即是限位单元又是通讯单元。
如图2所示，第一限位单元2设置在镜面1与主体连接的位置；第二限位单元3包括三个限位传感子单元。
当所述镜面收起时，一个限位传感子单元检测所述镜面位置姿态是否到位；当所述镜面展开时，两个限位传感子单元构成两级限位传感，所述镜面展开到第一级限位传感子单元的位置时，开始降速；所述镜面展开到第二级限位传感子单元的位置时，停止。
在本发明的一种实施例中，第三限位单元4是测算相机。
和图3所示，子镜单元是6组；镜面1收起时，3扇所述镜面向上收起，3扇所述镜面向下收起；相应的，主体上、下分别设置两台电机分别用于锁紧和解锁所述镜面，电机各自匹配两个限位传感单元用于检测是否锁紧或是否解锁。
如图4所示，本发明还提供一种空间望远镜展开机构的控制方法，用于控制如上任一所述的空间望远镜展开机构的镜面展开或者收起，包括如下步骤：
S1：从所述第一限位单元得到的位置信息，进而得到所述空间望远镜展开机构的状态；
在本发明的一种实施例中，空间望远镜展开机构的状态包括折叠状态、中间状态和展开状态。
S2：控制所述空间望远镜展开机构的所述驱动电机运行带动所述镜面展开或收起；
S3：获取所述第二限位单元得到的位置信息并驱动所述驱动电机运行带动所述镜面运动到位；
S4：获取所述第三限位单元得到的位置和姿态信息，测算出所述镜面展开的精度。
通过本发明的方法，获得空间望远镜展开机构的状态信息，也可以获得终端设备运动过程中的实时位置信息，以及镜面展开后的位置和姿态精度，保证其一致性。从而可以获得更广的观察视野和获得更好的成像效果。
这些数据为获得更佳的成像效果提供数据支持。
在发明的一种实施例中，根据终端镜面的实时状态，并通过如上数据与空间望远镜展开机构的成像情况综合分析，微调终端镜面位置和姿态，以求获得更佳的成像效果。
在本发明的一种实施例中，通过发送运动控制指令控制电机驱动器驱动所述驱动电机运行带动所述镜面展开或收起；驱动电机的运行包括角度、速度和运行方向。
如图5所示，一种空间望远镜展开机构的控制系统，采用如上任一所述的方法，包括：
遥测和控制单元，用于接收所述空间望远镜展开机构展开或收起的指令；
处理单元，根据所述展开或收起的指令发送运动控制指令到控制和驱动单元，同时实时获取所述第一限位单元得到的位置信息并反馈给所述遥测和控制单元；在所述镜面展开或收起时，获取所述第二限位单元的到的所述镜面展开或收起时的位置信息；当所述镜面展开到位后，获取每个所述第三限位单元得到的位置和姿态信息，通过解算得到所述镜面的位置和姿态，测算出所述镜面展开之后的精度并反馈给所述遥测和控制单元；
所述控制和驱动单元，用于接收所述运动控制指令并分别驱动所述驱动电机运行带动所述镜面展开或收起并将所述限位单位得到的位置信息实时反馈给所述处理单元。
如下根据子镜单元是6组时的空间望远镜展开机构时的控制系统及控制方法进行说明。空间望远镜的镜面少，其口径会小，成像的广度和深度，以及成像效果会差；增加望远镜的镜面可以扩大成像口径，提升成像效果；而单镜面60度组成的成像口径，在成像效果方面会好于大于此角度的镜面组合；此外，过多的镜面组成会增加系统的复杂性，对于系统的稳定性有过高的考验。因此，在扩大口径增加望远镜成像效果且不过大增加系统复杂性方面，本实施例选择了6扇镜面组成的望远镜。
如图6所示，空间望远镜展开机构的控制系统包括：电源、遥测和控制、计算主机、状态检测、控制和驱动、电机和限位传感等。
控制系统上电后即可获得待控制的空间望远镜展开机构的状态信息。操作人员根据任务需要可以遥测操作终端望远镜镜面展开或者收起，或者系统可以按照预定程序自动进行终端望远镜镜面的展开或者收起。
当计算主机接收到遥测和控制端发送来的控制命令后，计算主机将下发运动指令到控制和驱动端，控制和驱动端根据计算主机下发的运动控制指令，分别驱动相应的电机运行。
控制和驱动中各个电机驱动器通过每个电机匹配的第二限位单元的两级限位传感装置来感知电机运动是否到位，以反馈给计算主机终端设备已运动到位。
在运动过程中，控制和驱动端将每个电机的运动位置信息通过串口传输实时反馈给计算主机，计算主机再通过网络传输上传给遥测和控制端。
此外，当终端镜面设备展开到位后，计算主机获取6个镜面下方的相机信息，通过解算得到镜面的位置和姿态数据，以此测算出镜面展开之后的精度，并上传给遥测和控制端。
因此，遥测和控制端不仅可以获得终端设备的状态信息，也可以获得终端设备运动过程中的实时位置信息，以及镜面展开后的位置和姿态精度。与现有技术相比，现有技术通过机械定位来确定镜面展开到位，未有获取终端镜面设备运动过程中的实时位置和展开后的位置和姿态精度等信息。通过这些信息，本发明可以清楚的知道终端镜面的实时状态，并通过这些反馈数据与望远镜成像情况综合分析，可以微调终端镜面位置和姿态，以求获得更佳的成像效果。
如图7所示，是本发明实施例中一种空间望远镜展开机构的控制方法的流程图。通过图中所示的流程，实现了多重定位，最终使得空间望远镜展开机构的镜面精准展开，提高了望远镜镜面的展开定位精度和各镜面之间的定位一致性问题，可以获得更好的望远镜成像效果，从而更有利于分析需要观测的太空环境。
如图8所示，是本发明实施例中一种控制和驱动单元的示意图。控制和驱动模块一方面接收计算主机下发的控制命令，驱动终端的各个电机依照控制指令相应运动。另一方面根据每个电机匹配的两级限位传感装置，反馈得到电机运动到位的信息，并通过串口传输反馈给计算主机。此外，在运动过程中，控制和驱动模块通过串口传输实时反馈给计算主机每个电机的位置信息。
在本发明的一种实施例中，控制和驱动模块的构成主要包括：电源、控制器，以及驱动器等。
如图9所示，是本发明实施例中一种降压流程图。电源供电主要来自于上一级主电源供给的24V直流电，然后通过DC-DC降压技术，转换为各子部分需求的电压。此部分需要降压到3.3V给控制器主控单元进行供电。因此，本发明方案采用两级降压方式，实现24V到3.3V的降压。
控制器主要实现与计算主机的双向通讯，以及控制各个电机驱动器进行工作。因此，控制器需要能够实现与计算主机的串口传输通讯，以及与底层8个电机驱动器的CAN传输数据通讯功能。控制器采用具有ARM Cortex-M4内核的中央处理器为主控单元。
如图10所示，是本发明实施例中一种驱动发明示意图。由于空间望远镜展开机构的每个镜面是独立驱动运行，因此终端的8台电机都是独立工作，且每个电机需配套一个驱动器。鉴于终端电机都是采用的步进电机，因而8台电机配套的驱动器即可采用同一种方案发明，即有8套驱动器，且这8套驱动器为相同的方案。
控制和驱动单元主要包括电源转换单元、主控单元、通讯单元和电机运动驱动单元等部分。
其中，电源转换单元主要为系统各部分提供所需的能量供给。
主控单元是，ARM控制单元采用ARM Cortex-M4内核的处理器作为主控单元，其执行控制器上位机发送过来的控制指令，通过SPI数据传输或者主控单元IO配置和CLK脉冲来配置电机参数，设置运动角度，调节电机速度，以及控制电机正反转等，以此控制终端电机按指令运行。此外，主控单元通过采样电机负载的实时电流自适应的调节电机的驱动电流，以实现电机的自适应恒流控制。
通讯单元是CAN数据通讯单元，主要实现电机驱动器与控制器上位机之间的数据传输。一方面电机驱动器接收控制器下发的控制命令，从而驱动电机运动；另一方面电机驱动器反馈终端电机的运动状态和电机运行中的实时位置给控制器。
电机运动控制单元采用双集成MOS驱动方案，可自动选择驱动方式，也可以根据终端电机的驱动负载自动匹配驱动电流，其最大驱动电流可达10A或者5A。
如图11所示，是本发明实施例中电源转换单元的工作示意图。控制和驱动单元供电来自于主电源模块的24V母线电源供电，整合所使用的元件信息，需要使用到的电源电压还包括12V、5V、3.3V等。
如图12所示，是本发明实施例中24V降压12V电路发明原理图。发明采用TI的TPS54360 DC-DC主控芯片来实现，R3和R6的值分别选用147K和10.5K精度为1％的电阻时，通过公式
其中，VFB＝0.8V，可以得到12V的电压输出。
如图13所示，是本发明实施例中24V降压5V电路发明原理图。发明采用MPS的MP2315 DC-DC主控芯片来实现，R12和R13的值分别选用40.2K和7.5K精度为1％的电阻时，通过公式
其中，VFB＝0.8V，可以得到5V的电压输出。
如图14所示，是本发明实施例中24V降压3.3V电路发明原理图。发明选用MPS的MP20046型号的LDO转换芯片来实现，其具有较大的输出电流，以及较低的噪声和纹波特性。
主控单元部分采用具有ARM Cotex-4内核的处理器主控芯片，其主频可达168MHz，且具有LQFP64最小封装尺寸，可在-40℃～+85℃的温度范围正常工作，可以满足发明和使用需求。主要实现如下功能：
1、1路CAN通讯信号，用于接收控制器发送过来的控制信号和反馈驱动器的实时运动信息。
2、1路SPI通讯信号，用于控制Powerstep01驱动芯片进行终端电机驱动。
3、1路CLK和IO通讯信号，用于控制TB6600HG驱动芯片进行终端电机驱动。
4、4路电流反馈传输信号，用于检测两种驱动芯片各自的两相工作电流。
5、3路传感反馈信号，用于接收终端设备的运动位置反馈信息。
控制和驱动单元通过CAN通讯来实现控制器上位机电机驱动器主控的控制命令下发，因此需要发明相应的CAN通讯电路单元来完成CAN数据的收发处理。本发明采用TI型号为SN65HVD232DR的CAN收发控制器芯片来实现CAN协议和物理总线间的差分传输。
如图15所示，是本发明实施例中CAN通讯单元电路发明原理图。通过R29终端匹配电阻可以使得CAN通讯在波特率为1Mbit/s时，传输距离达到25米。
电机驱动单元主驱动选用既具有集成MOS功能，又满足驱动电流特性的主控芯片。即选用ST的Powerstep01型号和Toshiba的TB6600HG型号集成MOS电机驱动芯片双方案。
采用此双方案优势在于，Powerstep01驱动芯片可以进行大电流、多细分驱动控制，而TB6600HG驱动芯片可以进行自适应恒电流模式的多细分驱动控制。这样系统可以根据不同的使用场景，自动匹配合适的驱动方式，更好的完成对终端电机的驱动控制。
如图16所示为采用Powerstep01驱动芯片设计的电路原理图。此主驱动芯片主要通过SPI通讯协议来进行数据传输，具有控制方便、设置简单的特点。
如图17所示为采用TB6600HG驱动芯片设计的电路原理图。主要PIN脚功能说明如下：
1、TBM1、TBM2、TBM3通过主控MCU的IO端口设置驱动电机的细分数，如表1所示为其细分模式设置表。
表1细分模式设置表
| TBM1 | TBM2 | TBM3 | 细分模式 |
| 0 | 0 | 0 | 无 |
| 0 | 0 | 1 | 1/1 |
| 0 | 1 | 0 | 1/2A |
| 0 | 1 | 1 | 1/2B |
| 1 | 0 | 0 | 1/4 |
| 1 | 0 | 1 | 1/8 |
| 1 | 1 | 0 | 1/16 |
| 1 | 1 | 1 | 无 |
2、TBEN通过主控MCU来控制驱动芯片工作，高电平芯片工作，低电平芯片停止工作。
3、TBRST通过主控MCU控制实现驱动芯片的重启操作，如有低电平芯片将重新启动。
4、TBDIR通过主控MCU来控制电机的运转方向，高电平电机反转，低电平电机正转。
5、TBCLK接收主控MCU的PWM脉冲信号，从而使能电机运转，理论上接收到1个脉冲信号，电机将运转1个步进角度。但是，如果设置了细分模式，那么接收到1个脉冲信号，电机将运转设置的细分数个角度。比如，设置细分数为1/16，那么接收到1个脉冲信号，电机将运转1/16个步进角度，对于1.8度的电机来说，即运转
度。
6、TBTQ通过主控MCU的通过IO端口来设置驱动芯片的力矩模式，高电平时有100％的电压比，低电平时有30％的电压比。
7、主控MCU通过检测TBALT的电平变换来获得过温和过流信息。
8、通过设置VREF端的电压可以获得相应的输出电流值，其计算公式为
其中VREF和RNF的选择调节范围为0.3V≤VREF≤1.95V和0.11Ω≤RNF≤0.5Ω。
9、OUTA1、OUTA2和OUTB1、OUTB2直接接步进电机端口。
在本发明的一种实施例中，为了实时获取终端电机运动状态的监测，本设计加入了电机实时运动电流检测传输单元。
如图18所示，为电流反馈检测传输单元的电路设计原理图。主控单元通过自有12位ADC单元将驱动芯片SENSE角通过电阻采样并放大后的信号进行实时处理，即可得到终端电机的实时运动电流信息。
为实现驱动单元的自适应恒流控制，SW1为VREF端电压设置电路设计调节机制，主控单元通过电流反馈传输单元实时的获取终端电机的驱动电流信息，然后根据此信息可以调整SW1的9种通断机制来设置相应的输出驱动电流值，这样就可以实现对终端驱动电机的自适应恒流控制。
实现过程为，当电机正常工作的时候，EN/DIS输出低电平，Q4处于截止状态，进而主控单元设置SW1的通断机制，通过R101、R102、R103、R104的组合可以算出不同的VREF，从而可以得出不同输出输出电流值，即可根据反馈电流实时调整需要的电流输出值。此外，当电机停止工作的时候，RN/DIS输出高电平，Q1处于导通状态，此时输出电流为保持电流，值为
可以减少驱动芯片的内耗，并减少电机的热噪声。
如图19所示，为设计的传感反馈检测单元电路设计原理图。此电路的主要作用为主控单元可以直接获取传感器输出的信号，实时接收终端设备的运动位置反馈信息，以及时完成对终端电机的运动切换控制。
控制与驱动单元上电之后完成初始化操作，正常情况下完全受控于控制器上位机，只有接受到控制器上位机的指令后，才能执行操作命令。
电机驱动器运动控制系统运行时，接收到控制器上位机指令后，即去执行相应的指令命令，其中控制命令包括：运动的角度，运动的速度，运动的方向，以及开始运动和停止运动等。
如图20所示为电机驱动器运动控制系统软件设计流程图。在本发明中，电机单元共有8台步进电机，它们各自实现不同的运动驱动。即，电机单元主要实现望远镜项目中终端设备的运动需求。其包括6面望远镜镜面的各自上下运动、望远镜3组镜面向上收起时的锁紧和解锁运动，以及望远镜3组镜面向下收起时的锁紧和解锁运动。
驱动6扇镜面运动的每个电机匹配有三个限位传感单元，即镜面收起时，每个电机匹配一个限位传感单元来确定镜面收起到位，并反馈到位信息给电机驱动器。
当镜面展开时，每个电机匹配两个限位传感单元，即两级限位传感。此时，当镜面运动到第一级限位传感单元反馈信号时，电机降速缓慢继续运行；当镜面运动到第二级限位传感单元反馈信号时，电机停止运动，并反馈给电机驱动器电机运动完成的信息。
在展开过程中，通过两级展开限位传感单元，系统可以获取到外部机械定位的准备位置。系统再通过控制系统实时获取的软件驱动角度以验证机械定位与软件定位的一致性，既可以交叉验证终端设备是否展开到位，以及是否满足定位精度。
此外，镜面收起时，即3扇镜面向上收起，3扇镜面向下收起，望远镜装置上下各配备2台电机用于锁紧和解锁。为了获知装置是否锁紧和解锁，这2台电机各自匹配2个限位传感单元。
因此，整个系统中，共有22个限位传感单元，用来反馈终端设备的最终位置转态。
本申请实施例还提供一种控制装置，包括处理器和用于存储计算机程序的存储介质；其中，处理器用于执行所述计算机程序时至少执行如上所述的方法。
本申请实施例还提供一种存储介质，用于存储计算机程序，该计算机程序被执行时至少执行如上所述的方法。
本申请实施例还提供一种处理器，所述处理器执行计算机程序，至少执行如上所述的方法。
所述存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备、或者它们的组合来实现。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，Read Only Memory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，ErasableProgrammable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM，FerromagneticRandom Access Memory)、快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM，Compact Disc Read-Only Memory)；磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(SRAM，Static Random Access Memory)、同步静态随机存取存储器(SSRAM，SynchronousStatic Random Access Memory)、动态随机存取存储器(DRAM，DynamicRandom AccessMemory)、同步动态随机存取存储器(SDRAM，Synchronous Dynamic RandomAccessMemory)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDRSDRAM，Double DataRateSynchronous Dynamic Random Access Memory)、增强型同步动态随机存取存储器(ESDRAM，Enhanced Synchronous Dynamic Random Access Memory)、同步连接动态随机存取存储器(SLDRAM，SyncLink Dynamic Random Access Memory)、直接内存总线随机存取存储器(DRRAM，Direct Rambus Random Access Memory)。本发明实施例描述的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。
本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。
本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种空间望远镜展开机构，其特征在于，包括：主体、3-9组子镜单元和通讯单元；
每个所述子镜单元包括镜面和限位单元；
所述镜面通过驱动电机驱动展开或收起，所述驱动电机设置在所述主体的中轴位置；
所述限位单元包括：第一限位单元、第二限位单元和第三限位单元；
所述第一限位单元，设置在每个所述镜面与所述主体连接的位置，用于实时测定所述镜面的位置信息；
所述第二限位单元，包括与每个所述镜面对应的所述驱动电机相匹配设置的限位传感子单元，用于检测所述镜面展开或收起时的位置信息；
所述第三限位单元，设置在每个所述镜面展开到位时所述镜面的正下方，通过所述镜面背面的标靶测算所述镜面的位置和姿态信息；
所述通信单元，用于向外传输信息并接收控制指令。
2.如权利要求1所述的空间望远镜展开机构，其特征在于，所述第二限位单元包括三个限位传感子单元；
当所述镜面收起时，一个限位传感子单元检测所述镜面位置姿态是否到位；
当所述镜面展开时，两个限位传感子单元构成两级限位传感，所述镜面展开到第一级限位传感子单元的位置时，开始降速；所述镜面展开到第二级限位传感子单元的位置时，停止；
所述第三限位单元是测算相机。
3.如权利要求2所述的空间望远镜展开机构，其特征在于，子镜单元是6组；所述镜面收起时，3扇所述镜面向上收起，3扇所述镜面向下收起；
所述主体上、下分别设置两台电机分别用于锁紧和解锁所述镜面，所述电机各自匹配两个限位传感单元用于检测是否锁紧或是否解锁。
4.一种空间望远镜展开机构的控制方法，用于控制如权利要求1-3任一所述的空间望远镜展开机构的镜面展开或者收起，其特征在于，包括如下步骤：
S1：从所述第一限位单元得到的位置信息，进而得到所述空间望远镜展开机构的状态；
S2：控制所述空间望远镜展开机构的所述驱动电机运行带动所述镜面展开或收起；
S3：获取所述第二限位单元得到的位置信息并驱动所述驱动电机运行带动所述镜面运动到位；
S4：获取所述第三限位单元得到的位置和姿态信息，测算出所述镜面展开的精度。
5.如权利要求4所述的空间望远镜展开机构的控制方法，其特征在于，通过发送运动控制指令控制电机驱动器驱动所述驱动电机运行带动所述镜面展开或收起。
6.如权利要求5所述的空间望远镜展开机构的控制方法，其特征在于，所述驱动电机的运行包括角度、速度和运行方向。
7.如权利要求5所述的空间望远镜展开机构的控制方法，其特征在于，所述空间望远镜展开机构的状态包括折叠状态、中间状态和展开状态。
8.一种空间望远镜展开机构的控制系统，其特征在于，采用如权利要求4-7任一所述的方法，包括：
遥测和控制单元，用于接收所述空间望远镜展开机构展开或收起的指令；
处理单元，根据所述展开或收起的指令发送运动控制指令到控制和驱动单元，同时实时获取所述第一限位单元得到的位置信息并反馈给所述遥测和控制单元；在所述镜面展开或收起时，获取所述第二限位单元得到的所述镜面展开或收起时的位置信息；当所述镜面展开到位后，获取每个所述第三限位单元得到的位置和姿态信息，通过解算得到所述镜面的位置和姿态，测算出所述镜面展开之后的精度并反馈给所述遥测和控制单元；
所述控制和驱动单元，用于接收所述运动控制指令并分别驱动所述驱动电机运行带动所述镜面展开或收起并将所述限位单元得到的位置信息实时反馈给所述处理单元。
9.如权利要求8所述的空间望远镜展开机构的控制系统，其特征在于，所述控制与驱动单元包括：电源转换单元、主控单元、通讯单元和电机运动驱动单元；
所述电源转换单元，用于将母线电源的电压降低至所述控制与驱动单元工作时需要的电压；
所述主控单元，驱动所述驱动电机运行带动所述镜面展开或收起并将所述限位单元得到的位置信息实时反馈给所述处理单元；
所述通讯单元，用于接收所述运动控制指令；
所述电机驱动单元，采用既具有集成MOS功能，又满足驱动电流特性的主控芯片带动所述镜面展开或收起。
10.如权利要求9所述的空间望远镜展开机构的控制系统，其特征在于，所述控制与驱动单元还包括：
电流反馈传输单元，用于实时获取所述驱动电机的运动电流的监测；
传感反馈检测单元，用于实时接收所述镜面的运动位置的反馈信息，并依据所述反馈信息对所述驱动电机的运动切换控制。
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