CN113422479B - 一种多单元拼接弧线电机数据采集系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种多单元拼接弧线电机数据采集系统及方法，该系统包括上位机、多单元拼接弧线电机和以太网组网设备，多单元拼接弧线电机是由多个单元电机拼接成的大口径望远镜轴系驱动控制平台，每个单元电机上设置DSP控制模块、以太网通信模块和传感器；每台单元电机的DSP控制模块经以太网通信模块与以太网组网设备相连，上位机通信端口也接到以太网组网设备上；每台单元电机的传感器采集拼接弧线电机内部参数及外界环境参数，采集的参数直接发送给DSP控制模块，或者经上位机处理后通过以太网传回DSP控制模块，由DSP控制模块进行多单元拼接弧线电机的控制及驱动。本发明提高了望远镜轴系驱动平台的输出力矩和望远镜目标跟踪的驱动控制性能。

Description

一种多单元拼接弧线电机数据采集系统及方法
技术领域
本发明涉及大口径天文望远镜轴系驱动技术，具体涉及一种多单元拼接弧线电机数据采集系统及方法。
背景技术
目前，世界上越来越多的大口径望远镜主轴伺服驱动采用拼接电机直接驱动技术。随着望远镜口径的增大，拼接电机不仅体积增加，结构上更加复杂，并且拼接电机是强耦合、时变、非线性系统，更易受电机参数及负载变化的影响，因此对轴系驱动和控制技术的要求也越来越高。
国外采用拼接电机的VLT、GTC及SUBARU等望远镜，其电机和驱动控制系统都是有专门公司定制的。为改变我国大口径望远镜的制造技术受制于人的局面，自主研制了多单元拼接弧线电机及其驱动器，而电机内部参数的采集及辨识和外部环境参数的采集对提高驱动和控制性能有着重要作用，同时多单元的电机的驱动及控制又要有良好的上位机软件保证。因此，有必要设计一种多单元拼接弧线电机数据采集系统，采集内部和外部参数，并通过通信模块优化驱动和控制系统，更好的为提高大口径望远镜目标跟踪精度服务。
发明内容
本发明的目的在于提出一种多单元拼接弧线电机数据采集系统及方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种多单元拼接弧线电机数据采集系统，包括上位机、多单元拼接弧线电机和以太网组网设备，其中：
所述多单元拼接弧线电机是由多个单元电机拼接成的大口径望远镜轴系驱动控制平台，每个单元电机上设置DSP控制模块、以太网通信模块和传感器；
每台单元电机的DSP控制模块经以太网通信模块与所述以太网组网设备相连，上位机通信端口也接到所述以太网组网设备上，通过以太网组网设备，所述上位机同时控制多台单元电机；
每台单元电机的传感器采集拼接弧线电机内部参数及外界环境参数，采集的参数经DSP控制模块自行处理，或者经上位机处理后通过以太网传回，由DSP控制模块进行多单元拼接弧线电机的控制及驱动。
进一步的，所述多单元拼接弧线电机中，每台单元电机是弧线永磁同步电机，每台单元电机定子是各自独立的，永磁体转子是共用的。
进一步的，所述上位机与单元电机之间形成一对多的通信模式，控制多台单元电机工作在不同的工作模式。
进一步的，所述以太网通信模块采用全硬件协议栈，通过设置以太网通信模块的寄存器，以及网关地址、本地物理地址、子网掩码、本地IP地址，实现以太网通信。
进一步的，所述上位机与DSP控制模块之间的主从架构TCP/IP通信协议，基于Python异步协程I/O开发技术，将用户操作界面、对单元电机的控制、驱动数据的读取和参数辨识作为线程运行，实现多任务协程通信，并将通讯协议库、绘图制图库、参数辨识分析库嵌入到Python开发的上位机软件。
进一步的，通过霍尔传感器采集的电机电压、电流，需经上位机的线程处理辨识出电机控制所需的电阻、电感及转动惯量后，再通过以太网传回DSP控制模块；通过传感器采集的外部风载引起的电流波动信息，则通过以太网直接发送给DSP控制模块。
一种多单元拼接弧线电机数据采集方法，基于所述的系统，实现多单元拼接弧线电机数据采集。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)可同时控制多单元拼接弧线电机，提高了望远镜轴系驱动平台的输出力矩；2)实时采集多单元拼接弧线电机内部参数和外部环境参数，提高了望远镜目标跟踪的驱动控制性能；3)全硬件协议栈使工程技术人员不需要掌握复杂的网络知识，降低了DSP的庞大据处理负荷，缩短了运算周期。
附图说明
图1为多单元拼接弧线电机数据采集系统实现框图。
图2为单元电机数据处理流程图。
图3多单元拼接弧线电机软件控制时序图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1所示，大口径天文望远镜轴系驱动控制平台所用的是多单元拼接弧线电机，组成多单元拼接弧线电机的N个单元电机中，每台单元电机定子是各自独立的，永磁体转子是共用的。
上位机与多单元拼接弧线电机之间的通信通过以太网交换设备完成，通过以太网交换设备实现一台上位PC机控制多台控制模块，具体控制的是电机控制专用芯片DSP，每台单元电机的DSP控制模块经以太网通信模块与以太网交换设备相连，上位机通信端口也接到以太网交换设备上，据此形成一对多的通信模式，控制多台单元电机工作在不同的工作模式。
作为一种优选实施方式，通过全硬件协议栈实现传输层、链路层及物理层的以太网控制，单元电机数据处理流程如图2所示。只要对以太网通信模块的寄存器进行设置，并设置网络信息如网关地址、本地物理地址、子网掩码、本地IP地址就可以实现以太网的通信。节约了主控制芯片的中断、运算及时钟资源，其庞大的数据的处理协议全部由硬件实现，TCP/IP协议栈独立于DSP控制模块，网络安全性相应提高。
作为一种优选实施方式，基于Python的异步协程I/O开发技术，将用户操作界面、对单元电机的控制和驱动数据的读取，参数辨识等作为线程，实现多任务协程控制，将辨识算法数据库等功能嵌入到Python开发的多单元拼接弧线电机调试软件中。基于Python的上位机开发软件还包含通讯协议库、绘图制图库、参数辨识分析库等。
DSP控制模块通过传感器采集拼接弧线电机内部参数及外界环境参数，采集的参数直接发送给DSP控制模块，或者经上位机处理后通过以太网传回DSP控制模块，由DSP控制模块进行多单元拼接弧线电机的控制及驱动。
作为一种具体实施方式，通过霍尔传感器采集每台单元电机的电压、电流等信号后，先由以太网通信模块传递给上位机的子线程处理，辨识出电机控制所需的电阻、电感及转动惯量等，再通过以太网传回DSP控制模块。同时通过传感器采集外部风载引起的电流波动信息，并通过以太网直接发送给DSP控制模块。据此，DSP控制模块即可根据辨识的信息和外部风载引起的电流波动信息，进行多单元拼接弧线电机的控制及驱动。
控制软件时序如图3所示，控制系统发出指令信号对驱动系统进行控制，并实时接收驱动系统的返回结果加以分析控制；驱动系统接收控制系统发出的指令信号对多单元拼接弧线电机进行运行控制，并将电机运行状态返回到驱动系统。在多单元拼接弧线电机运行过程中采集系统通过霍尔传感器不间断采集信号数据，将接收的信号数据进行数据分析，不断修正控制系统的算法控制。
实施例
为了验证本发明方案的有效性，进行如下控制实验。
本发明方法优选的拼接弧线电机是大力矩，多对极，超低速运行的直接驱动电机。本实施例中，拼接弧线电机是自主研制的200对极的拼接弧线电机，由16个单元电机组成。单元电机的控制模块采用电机控制专用芯片DSP，型号是TMS320F28335。DSP控制模块通过霍尔传感器采集每台单元电机电压、电流等信号，通过以太网通信模块传递给上位机的子线程处理辨识电机控制所需的电阻、电感及转动惯量等，同时通过传感器采集外部风载引起的电流波动信息，通过以太网传递给DSP控制模块用于实时控制多单元拼接弧线电机。
本发明可同时控制多单元拼接弧线电机，提高了望远镜轴系驱动平台的输出力矩；实时采集多单元拼接弧线电机内部参数和外部环境参数，提高了望远镜目标跟踪的驱动控制性能；全硬件协议栈使工程技术人员不需要掌握复杂的网络知识，降低了DSP的庞大据处理负荷，缩短了运算周期。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种多单元拼接弧线电机数据采集系统，其特征在于，包括上位机、多单元拼接弧线电机和以太网组网设备，其中：
所述多单元拼接弧线电机是由多个单元电机拼接成的大口径望远镜轴系驱动控制平台，每个单元电机上设置DSP控制模块、以太网通信模块和传感器；
每台单元电机的DSP控制模块经以太网通信模块与所述以太网组网设备相连，上位机通信端口也接到所述以太网组网设备上，通过以太网组网设备，所述上位机同时控制多台单元电机；
每台单元电机的传感器采集拼接弧线电机内部参数及外界环境参数，采集的参数直接发送给DSP控制模块，或者经上位机处理后通过以太网传回DSP控制模块，由DSP控制模块进行多单元拼接弧线电机的控制及驱动；
所述上位机与DSP控制模块之间的主从架构TCP/IP通信协议，基于Python异步协程I/O开发技术，将用户操作界面、对单元电机的控制、驱动数据的读取和参数辨识作为线程运行，实现多任务协程通信，并将通讯协议库、绘图制图库、参数辨识分析库嵌入到Python开发的上位机软件；
通过霍尔传感器采集的电机电压、电流，需经上位机的线程处理辨识出电机控制所需的电阻、电感及转动惯量后，再通过以太网传回DSP控制模块；通过传感器采集的外部风载引起的电流波动信息，则通过以太网直接发送给DSP控制模块。
2.根据权利要求1所述的多单元拼接弧线电机数据采集系统，其特征在于，所述多单元拼接弧线电机中，每台单元电机是弧线永磁同步电机，每台单元电机定子是各自独立的，永磁体转子是共用的。
3.根据权利要求1所述的多单元拼接弧线电机数据采集系统，其特征在于，所述上位机与单元电机之间形成一对多的通信模式，控制多台单元电机工作在不同的工作模式。
4.根据权利要求1所述的多单元拼接弧线电机数据采集系统，其特征在于，所述以太网通信模块采用全硬件协议栈，通过设置以太网通信模块的寄存器，以及网关地址、本地物理地址、子网掩码、本地IP地址，实现以太网通信。
5.一种多单元拼接弧线电机数据采集方法，其特征在于，基于权利要求1-4任一项所述的系统，实现多单元拼接弧线电机数据采集。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101174783B (zh) * 2007-10-31 2010-11-17 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 弧线驱动大口径天文望远镜
CN102520678A (zh) * 2011-11-04 2012-06-27 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 一种射电望远镜主动反射面板远程控制系统
CN103246253A (zh) * 2013-04-02 2013-08-14 上海大学 无线网络下的多电机分布式控制系统及多电机分布式控制方法
KR101863761B1 (ko) * 2016-08-22 2018-06-01 주식회사 루텍 통합모듈 및 통신의 이중화 구조를 구비한 모터제어반용 시스템
CN106647511A (zh) * 2016-12-28 2017-05-10 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于分段弧形永磁同步力矩电机的望远镜控制系统
CN111062681B (zh) * 2019-11-19 2023-10-13 湖南强智科技发展有限公司 选课巡检方法、装置、服务器及存储介质

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