JP3661574B2 - Reflector drive control device and reflector drive system - Google Patents

Reflector drive control device and reflector drive system Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば2以上の天体を観測する電波望遠鏡およびアンテナなどの追尾装置に適用され、当該追尾装置に設けられる反射鏡を駆動制御する装置、および、当該駆動制御装置を含む駆動システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電波望遠鏡は、一般に、天体から放射される電波を受信する1つの反射鏡と、この反射鏡の向きを目標方向に向ける反射鏡駆動システムとを備えている。反射鏡駆動システムは、反射鏡を方位方向および仰角方向に沿って変位させることができ、かつ、その変位角度を任意に変更できる。この構成により、電波望遠鏡は、たとえば互いに離れた位置にある2つの天体を交互に追尾したり、目標の天体とこの天体から離れた位置にあるバックグラウンド補正のための天体とを交互に追尾したりすることができる。
【0003】
反射鏡駆動システムについてさらに詳述すれば、反射鏡駆動システムは、反射鏡駆動制御装置および駆動装置を備えている。駆動装置は、モータ制御装置、モータおよび伝達機構を有している。反射鏡駆動制御装置は、外部のコンピュータから与えられた指令信号CMDに基づいて速度操作量を求め、当該速度操作量を元に求められるトルク指令量をモータ制御装置に与える。モータ制御装置は、当該トルク指令量に応じた電力をモータに供給する。モータは、当該電力に応じた駆動力を発生する。当該駆動力は、伝達機構を介して反射鏡に伝達される。その結果、反射鏡は、上記指令信号CMDで指示された目標角度位置に向かって変位することになる。
【0004】
図13は、指令信号CMDと反射鏡の実際の角度位置である実角度位置REALとの関係を示すグラフである。コンピュータは、いわゆるコマンドシェープ信号を指令信号として反射鏡駆動制御装置に与える。コマンドシェープ信号は、一点鎖線で示すように、反射鏡が最終的な目標角度位置を一度もオーバーシュートすることなく変位するように、最終的な目標角度位置に安定するまで仮の目標角度位置を小刻みに指示する信号である。
【0005】
反射鏡駆動制御装置は、このコマンドシェープ信号に従って速度操作量を求める。この場合における速度操作量は、オーバーシュートの発生を回避できる量に相当する。当該速度操作量に対応するトルク指令量は、モータ制御装置に与えられる。その結果、反射鏡は、図13の一点鎖線で示すように、比較的小さな速度操作量に応じて変位していき、最終的な目標角度位置に安定する。
【0006】
ところで、反射鏡を目標角度位置に変位させる場合、コマンドシェープ信号ではなく、図13に実線で示すように、切替前の反射鏡の角度位置である現角度位置から最終的な目標角度位置までステップ状に変化するステップ信号を指令信号CMDとすることが考えられる。しかしながら、ステップ信号を指令信号CMDとする場合、図13に二点鎖線で示すように、オーバーシュートが発生するおそれがあり、結局、反射鏡が最終的な目標角度位置に安定するまでに時間がかかることになる。そのため、総観測時間に対する天体の観測時間が短くなり、観測効率が低下するとの問題がある。
【0007】
より詳述すれば、ステップ信号を指令信号CMDとして与える場合、コマンドシェープ信号の場合よりも大きな速度操作量が求められる。その結果、反射鏡は、図13に二点鎖線で示すように、コマンドシェープ信号の場合よりも短時間で最終的な目標角度位置に近づく。つまり、反射鏡は最終的な目標角度位置に向かって勢いよく近づく。
【0008】
その結果、反射鏡は、目標角度位置を行き過ぎ、オーバーシュートが発生する。この場合、反射鏡を目標角度位置に収束させるまでに数回のオーバーシュートが発生する場合があり、このとき反射鏡を目標角度位置に収束させるまでにある程度の時間がかかる。その結果、コマンドシェープ信号の場合よりも時間Δtだけ余計に時間がかかることになる。よって、従来の電波望遠鏡では、上述のように、観測効率の点からコマンドシェープ信号を採用する場合がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようにコマンドシェープ信号は一応の目標角度位置を小刻みに指示するものであるから、指令信号CMDを頻繁に出力する必要がある。そのため、ステップ信号の場合に比べて処理が煩雑になるとのデメリットがある。
【0010】
また、上述のようにコマンドシェープ信号を利用する駆動制御では、電波望遠鏡置の観測効率がまだ十分でなく、当該観測効率のさらなる向上が望まれている。
【0011】
そこで、この発明の目的は、処理の簡素化を図ることができ、かつ観測効率を向上できる反射鏡駆動制御装置および反射鏡駆動システムを提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためのこの発明は、電波を受信する反射鏡を駆動するための駆動装置を制御する装置において、現角度位置から目標角度位置までステップ状に変化する変位指示を受け付ける受付手段と、この受付手段により受け付けられた変位指示により指示されている目標角度位置と反射鏡の実角度位置との差である位置誤差を検出する位置誤差検出手段と、この位置誤差検出手段により検出された位置誤差に基づいて反射鏡が目標角度位置近傍に到達したか否かを判定する判定手段と、この判定手段により反射鏡が目標角度位置近傍に到達していないと判定された場合、所定の第1速度操作量で反射鏡が変位するように上記駆動装置を制御し、上記判定手段により反射鏡が目標角度位置近傍に到達したと判定された場合、上記第1速度操作量よりも大きな第2速度操作量で反射鏡が変位するように上記駆動装置を制御する制御手段とを含むものである。
【0013】
なお、判定手段は、たとえば、位置誤差と予め定められた判定量とを比較判定することにより、反射鏡が目標角度位置近傍に到達したか否かを判定する。また、第1速度操作量は、たとえば、オーバーシュートを回避できるように積分処理を施さずに求められるものである。
【0014】
また、この発明は、電波を受信する反射鏡を駆動する駆動システムにおいて、モータにより発生された駆動力を相対的に低ギア比で上記反射鏡に伝達する高速駆動部と、モータにより発生された駆動力を相対的に高ギア比で上記反射鏡に伝達する低速駆動部と、現角度位置から目標角度位置までステップ状に変化する変位指示を受け付ける受付手段、この受付手段により受け付けられた変位指示で指示された目標角度位置と反射鏡の実角度位置との差である位置誤差を検出する位置誤差検出手段、この位置誤差検出手段により検出された位置誤差に基づいて反射鏡が目標角度位置近傍に到達したか否かを判定する判定手段、および、この判定手段により反射鏡が目標角度位置近傍に到達していないと判定された場合、上記位置誤差に応じた速度操作量に従って上記高速駆動部を動作させ、上記判定手段により反射鏡が目標角度位置近傍に到達したと判定された場合、上記位置誤差に応じた速度操作量に従って上記低速駆動部を動作させる制御手段を有する反射鏡駆動制御装置とを含むものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0016】
実施の形態1
図1は、この発明の実施の形態1に係る電波望遠鏡の構成を示す概念図である。この電波望遠鏡1は、観測対象としての天体A、Bを追尾しその性質などを観測するためのもので、たとえば地球上に設置されている。この電波望遠鏡1は、反射鏡2を有し、この反射鏡2にて天体A、Bから放射されている電波を受信することにより天体A、Bを追尾する。受信周波数は、たとえば数GHzである。反射鏡2は、方位方向および仰角方向に沿って変位できるように支持台3に取り付けられている。この構成により、地表に対して移動する1つの天体を追尾したり、複数の天体を交互に追尾したりすることができる。
【0017】
たとえば2つの天体A、Bを交互に追尾する場合、一方の天体Aの追尾を終了して他方の天体Bの追尾を開始するとき、反射鏡2の向きを切り替える必要がある。すなわち、一方の天体Aに向いている反射鏡2の向きを他方の天体Bに向ける必要がある。一方、観測効率を高めるためには、反射鏡2の向きを目標とする方向に速やかに切り替え、なおかつその状態で安定させる必要がある。
【0018】
そのため、この実施の形態1では、目標角度位置近傍に到達するまでは反射鏡2を少なくともオーバーシュートの発生を回避できる速度操作量である第1速度操作量で変位させ、目標角度位置近傍に到達した後は反射鏡2を上記第1速度操作量よりも大きな第2速度操作量で変位させるようにしている。こうすることにより、オーバーシュートを発生することなく、かつ目標角度位置近傍に到達した後も反射鏡2を小刻みに変位させる場合よりも早く、反射鏡2を目標角度位置に安定させることができる。
【0019】
図2は、電波望遠鏡1の内部構成を示すブロック図である。電波望遠鏡1は、反射鏡2と、反射鏡駆動システム10と、指令制御装置11とを備えている。たとえば反射鏡2の向きを一方の天体Aから他方の天体Bに切り替える場合、指令制御装置11は、変位指示に相当するステップ状の指令信号CMDを反射鏡駆動システム10に与える。より具体的には、指令制御装置11は、現角度位置から目標角度位置にステップ状に変化する指令信号CMDを反射鏡駆動システム10に与える。
【0020】
ここに、現角度位置は、切替前の反射鏡2の角度位置に相当するものであり、目標角度位置は、切替後の角度位置に相当するものである。したがって、この場合、現角度位置は天体Aに反射鏡2が向く角度位置であり、目標角度位置は天体Bに反射鏡2が向く角度位置である。
【0021】
反射鏡駆動システム10は、指令信号CMDで示された目標角度位置および反射鏡2の実角度位置REALに基づいて位置補償および速度ループ補償を実行し、反射鏡2を変位すべき変位量を求める。その後、反射鏡駆動システム10は、この求められた変位量に応じた駆動力を発生し、当該駆動力にて反射鏡2を変位させる。これにより、反射鏡2の向きを一方の天体Aから他方の天体Bに速やかに切り替えることができる。
【0022】
より詳述すれば、指令制御装置11は、たとえばコンピュータから構成される。指令制御装置11は、指令信号CMDを反射鏡駆動システム10に対して一定周期ごとに出力する。より具体的には、指令制御装置11は、反射鏡2の向きを一方の天体Aから他方の天体Bに切り替える場合、一方の天体Aに対応する現角度位置から他方の天体Bに対応する目標角度位置にステップ状に変化する指令信号CMDを出力する。
【0023】
反射鏡駆動システム10は、1つの反射鏡駆動制御装置20、2つの駆動装置30および2つの角度検出装置(図1ではEL(θ)、AZ(θ)と表している。)40を備えている。これら反射鏡駆動制御装置20、駆動装置30および角度検出装置40は、互いに独立したハードウエア構成となっている。反射鏡駆動制御装置20は、指令制御装置11から与えられる指令信号CMDに応じて駆動装置30を制御する。駆動装置30は、反射鏡駆動制御装置20による制御に応じて反射鏡2を実際に変位させる。角度検出装置40は、反射鏡2の現在の角度位置に相当する実角度位置REALを検出する。
【0024】
より具体的には、反射鏡駆動制御装置20は、2つの駆動制御部21を含む。2つの駆動制御部21のうちの一方は、反射鏡2の方位方向に沿った変位を制御するもので、他方は反射鏡2の仰角方向に沿った変位を制御するものである。駆動制御部21は、位置補償部22および速度ループ部23を含む。
【0025】
位置補償部22は、CPU(Central Processing Unit)を含むコンピュータなどから構成されるもので、位置補償プログラムに従った位置補償処理をソフトウエア的に実行する。より具体的には、位置補償部22は、指令制御装置11から与えられる指令信号CMDに基づいて位置補償処理を実行する。位置補償処理は、この指令信号CMDで指示された目標角度位置と反射鏡2の実角度位置REALとの差に応じて、反射鏡2を変位させるべき変位量の大きさを制御する。制御後の変位量は、速度操作量として速度ループ部23に与えられる。
【0026】
速度ループ部23は、DSP(Digital Signal Processor)カードなどから構成されるもので、風などの外乱の影響を抑圧するためのものである。たとえば、速度ループ部23は、メジャー速度補償プログラムに従ったメジャー速度補償処理およびマイナー速度補償プログラムに従ったマイナー速度補償処理などをソフトウエア的に実行する。こうして、速度ループ部23は、位置補償部22から与えられた速度操作量から外乱の影響を抑圧し、トルク指令量を求める。
【0027】
反射鏡駆動制御装置20は、トルク指令量を駆動装置30に出力する。2つの駆動装置30は、それぞれ、反射鏡2を方位方向および仰角方向に沿って変位させるものである。より具体的には、駆動装置30は、モータ制御部31、モータ(M)32および伝達機構33を含む。モータ制御部31は、たとえば2セットのモータドライバで構成されている。トルク指令量は、このモータ制御部31に入力される。モータ制御部31は、このトルク指令量に応じた電力をモータ32に対して供給する。
【0028】
モータ32は、モータ制御部31から供給される電力に応じて、反射鏡2を方位方向に変位させるのに必要な回転力を発生する。モータ32により発生された回転力は、伝達機構33に与えられる。伝達機構33は、たとえば互いに噛合する複数のギアを有するもので、モータ32から与えられた回転力を反射鏡2に伝達する。これにより、反射鏡2を反射鏡駆動制御装置20から与えられたトルク指令量に応じて変位させることができる。
【0029】
2つの角度検出装置40は、反射鏡2に関連して設けられている。2つの角度検出装置40は、それぞれ、反射鏡2の方位方向の角度位置および反射鏡2の仰角方向の角度位置を実角度位置REALとして検出する。各角度検出装置40は、実角度位置REALを反射鏡駆動制御装置20に対して出力する。
【0030】
図3は、指令信号CMDと反射鏡2の実角度位置REALとの関係を説明するためのグラフである。また、図4は、反射鏡2と2つの天体A、Bとの方位面内における関係を示す概念図であり、反射鏡2の向きを第1天体Aから第2天体Bに切り替える場合を示している。以下では、図2、図3および図4を参照して反射鏡2の方位面内における向きを天体Aから天体Bに切り替える場合について説明する。
【0031】
指令制御装置11は、反射鏡2の向きを切り替える前までは、天体Aに対応する現角度位置θ1を指示する指令信号CMDを出力している。この状態において反射鏡2の向きを天体Bに切り替えるとき、指令制御装置11は、天体Bに対応する目標角度位置θ2を指示する指令信号CMDを出力する。この場合、指令信号CMDとしては図3に実線で示すようなステップ状となっている。
【0032】
反射鏡駆動制御装置20は、指令信号CMDで指示されている角度位置が現角度位置θ1から目標角度位置θ2に切り替わった場合、位置誤差ERRと第1判定量d1とを比較判定する。位置誤差ERRは、目標角度位置θ2と実角度位置REALとの差に相当するものである。第1判定量d1は、目標角度位置θ2近傍に設定された第1角度位置θth1と目標角度位置θ2との差に相当する量である。
【0033】
位置誤差ERRが第1判定量d1以上の場合、反射鏡2は目標角度位置θ2近傍に到達していないから、反射鏡駆動制御装置20は、第1速度操作量Δθ1を求める処理を実行する。ここに、第1速度操作量Δθ1は、オーバーシュートの発生を回避できるように積分処理を施さずに求められるものである。反射鏡駆動制御装置20は、第1速度操作量Δθ1に基づいて第1トルク指令量を求め、この第1トルク指令量を駆動装置30に与える。その結果、反射鏡2は第1速度操作量Δθ1に従って変位する。
【0034】
このように、反射鏡2は、目標角度位置θ2近傍に到達するまでは、オーバーシュートの発生を回避できる第1速度操作量Δθ1に従って小刻みに変位することになる。
【0035】
位置誤差ERRが第1判定量d1未満になった場合、すなわち反射鏡2が目標角度位置θ2近傍に到達した場合、反射鏡駆動システム10は、反射鏡2を目標角度位置θ2にまで一気に到達させる。しかし、反射鏡2を急激に変位させると、それまで反射鏡2を小刻みに変位させてきたために、制御の不連続性を招く。そこで、この実施の形態1に係る反射鏡駆動システム10は、位置補償部20のゲインを位置誤差ERRに伴って徐々に大きくすることにより、反射鏡2を滑らかに変位させることとしている。
【0036】
より詳述すれば、位置誤差ERRが第1判定量d1未満になった場合、反射鏡駆動制御装置20は、さらに、位置誤差ERRと第2判定量d2とを比較判定する。第2判定量d1は、第1判定量d1よりも小さな量であって、第1角度位置θth1よりも目標角度位置θ2側に設定されている第2角度位置θth2と目標角度位置θ2との差に相当するものである。
【0037】
位置誤差ERRが第2判定量d2以上である場合、反射鏡駆動制御装置20は、第1速度操作量Δθ1よりも少し大きな中間速度操作量Δθmを求める。この中間速度操作量Δθmは駆動装置30に与えられる。その結果、反射鏡2は、それまでよりも大きな角度幅で目標角度位置θ2に近づく。さらに具体的には、この場合反射鏡2は、図3における点k1とk2との間のようにそれまでよりも急峻なカーブを描くように変位する。
【0038】
一方、位置誤差ERRが第2判定量d2未満になった場合、反射鏡駆動制御装置20は、第2速度操作量Δθ2を求める。第2速度操作量Δθ2は、同じ大きさの位置誤差ERRに治して第1速度操作量Δθ1および中間速度操作量Δθmよりも大きな量である。たとえば第2速度操作量Δθ2に対応する位置誤差ERRの最大値は、第2判定量d2に等しい量である。反射鏡駆動制御装置20は、この第2速度操作量Δθ2に基づいて第2トルク指令量を求め、当該第2トルク指令量を駆動装置30に与えられる。その結果、反射鏡2は、さらにそれまでよりも大きな角度幅で目標角度位置θ2に近づくことになる。すなわち、反射鏡2は、図3における点k2と目標角度位置θ2との間のようにそれまでよりもさらに急峻なカーブを描くように変位する。
【0039】
以上のように、反射鏡2が目標角度位置θ2近傍に到達するまでは反射鏡2を小刻みに変位させ、反射鏡2が目標角度位置θ2近傍に到達したときに反射鏡2を滑らかに変位させた後一気に変位させている。したがって、反射鏡2を目標角度位置θ2に速やかに安定させることができる。
【0040】
より詳しくは、たとえばコマンドシェープ信号を指令信号CMDとして与えた場合、反射鏡2は、図3における整定時間Δt1で目標角度位置θ2に安定する(点k1から二点鎖線で示すカーブに相当)。これに対して、この実施の形態1によれば、反射鏡2は、図3における整定時間Δt2で目標角度位置θ2に安定する。すなわち、この実施の形態1によれば、コマンドシェープ信号を指令信号CMDとして与える場合に比べて、Δt1−Δt2=Δtaだけ整定時間を短くできる。すなわち、整定性が良くなる。そのため、観測効率の向上を図ることができる。
【0041】
図5は、位置補償処理を示すフローチャートである。以下では、図3および図4を参照して説明した位置補償処理をより詳しく説明する。位置補償部22は、指令制御装置11から出力された指令信号CMDを受信し(ステップS1)、実角度位置REALを受信すると(ステップS2)、これら指令信号CMDで指示された目標角度位置θ2と実角度位置REALとの差である位置誤差ERRを求める(ステップS3)。
【0042】
次いで、位置補償部22は、位置誤差ERRの判定処理を実行する(ステップS4)。具体的には、位置補償部22は、位置誤差ERRと第1判定量d1とを比較判定する。さらに具体的には、位置補償部22は、位置誤差ERRが第1判定量d1未満であるか否かを判定する。
【0043】
位置誤差ERRが第1判定量d1以上であれば、位置補償部22は、I型制御処理を実行する(ステップS5)。より具体的には、位置補償部22は、位置誤差ERRに所定の第1ゲインω1を乗じることにより、その乗算結果に相当する第1速度操作量Δθ1を求める。この場合、ゲインω1は、位置誤差ERRに乗じたときに、オーバーシュートの発生を回避できる最大速度操作量を得ることができる値に設定される。
【0044】
一方、位置誤差ERRが第1判定量d1未満であれば、次に位置補償部22は、位置誤差ERRと第2判定量d2とを比較判定する(ステップS6)。より具体的には、位置補償部22は、位置誤差ERRが第2判定量d2未満であるか否かを判別する。
【0045】
位置誤差ERRが第2判定量d2未満でなければ、位置補償部22は、ゲインを徐々に増加させる補間処理を実行する(ステップS7)。具体的には、位置補償部22は、中間ゲインωmを位置誤差ERRの平方根で除した値を位置誤差ERRに乗じることにより、中間速度操作量Δθmを求める。この場合、中間速度操作量Δθmは、同じ大きさの位置誤差ERRに治して第1速度操作量Δθ1よりも大きくかつ第2速度操作量Δθ2よりも小さな速度操作量であって、かつ、位置誤差ERRが第2判定量d2に近づくに従って大きくなるものである。
【0046】
一方、位置誤差ERRが第2判定量d2未満であれば、反射鏡2は目標角度位置θ2の極近傍に到達していると考えられるから、反射鏡2を目標角度位置θ2に一気に到達させるために、位置補償部22は、II型制御処理を実行する(ステップS7)。より具体的には、位置補償部22は、位置誤差ERRに所定の第2ゲインω2を乗じる。その後、位置補償部22は、その乗算結果に対してさらに追加ゲインωaを乗じ、さらに当該乗算結果を積分することにより、第2速度操作量Δθ2を求める。この場合、第2ゲインω2は、少なくとも第1ゲインω1よりも大きな値に設定される。したがって、第1速度操作量Δθ1よりも大きな第2速度操作量Δθ2を得ることができる。
【0047】
図6は、位置誤差ERRに対するゲインを示すグラフである。位置誤差ERRが第1判定量d1以上の場合、ゲインは第1ゲインω1に設定される。位置誤差ERRが第1判定量d1未満であって、かつ第2判定量d2以上の場合、ゲインは、第1ゲインω1と第2ゲインω2との間の中間ゲインωmを位置誤差ERRの平方根で除した値に設定される。位置誤差ERRが第2判定量d2未満の場合、ゲインは第2ゲインω2に設定される。
【0048】
以上のようにこの実施の形態1によれば、ステップ状の指令信号CMDが与えられた場合、反射鏡2が目標角度位置近傍に到達するまではゲインを小さくし、目標角度位置近傍に到達したときにゲインを大きくして反射鏡2を目標角度位置に一気に到達させている。
【0049】
したがって、目標角度位置に安定するまで反射鏡2を小刻みに変位させる場合に比べて、反射鏡2を目標角度位置により迅速に安定させることができる。すなわち、整定時間を短くできる。そのため、総観測時間に対して天体を観測する時間を長く持てる。よって、観測効率の向上を図ることができる。しかも、指令制御装置11は、目標角度位置θ2を指示する指令信号CMDを1回出力するだけでよいから、指令制御装置11の処理を簡単にできる。
【0050】
また、反射鏡2が目標角度位置近傍に到達したときに反射鏡2を積分処理を含むII型制御処理を行っているから、いわゆる定常偏差の発生を防止できる。より詳述すれば、たとえば切替後の天体Bは、地球に対して僅かずつ移動する場合がある。この場合、当該天体Bを観測するためには反射鏡2をその動きに合わせて変位させる必要がある。そのため、指令制御装置11は、目標角度位置をいったんθ2とした後天体Bの動きに合わせて目標角度位置を変化させていく。その結果、指令信号CMDは、図7に示すように、現角度位置θ1から徐々に離れていくいわゆるランプ信号となる場合がある。
【0051】
ランプ信号の場合、反射鏡2を目標角度位置に対して積分処理を含まないI型制御処理で制御すれば、反射鏡2は破線で示すようにランプ信号の変化に沿って変位するだけでいつまで経っても目標角度位置に到達しなくなる。この場合における目標角度位置と反射鏡2の実角度位置REALとの差を定常偏差Δσと呼ぶ。しかし、上述のように反射鏡2を積分処理を含むII型制御処理で制御すれば、この定常偏差Δσの発生を防止できる。よって、天体Bを確実に観測できるから、観測精度の向上を図ることができる。
【0052】
実施の形態2
図8は、この発明の実施の形態2に係る電波望遠鏡の構成を示すブロック図である。図8において、図2と同じ機能部分については同一の参照符号を使用する。
【0053】
上記実施の形態1では、反射鏡2が目標角度位置近傍に到達するまでは反射鏡2を小刻みに変位させ、反射鏡2が目標角度位置近傍に到達した後は反射鏡2を一気に変位させることにより、反射鏡2を目標角度位置に速やかに安定させ、もって観測効率の向上を図っている。
【0054】
これに対して、この実施の形態2では、反射鏡2が目標角度位置近傍に到達するまでは反射鏡2を相対的に高速で変位させ、反射鏡2が目標角度位置近傍に到達した後は反射鏡2を相対的に低速で変位させることにより反射鏡2の移動時間を短縮し、もって観測効率の向上を図っている。
【0055】
より詳述すれば、この電波望遠鏡は、上述のような反射鏡2の変位を実現するために、低速モータおよび高速モータの2種類のモータを備えている。すなわち、この電波望遠鏡は、反射鏡2が目標角度位置近傍に到達するまでは高速モータを使って反射鏡2を相対的に高速で変位させ、反射鏡2が目標角度位置近傍に到達した後は低速モータを使って反射鏡2を相対的に低速で変位させる。こうすることにより、オーバーシュートを回避しつつ2つの天体A、B間における反射鏡2の移動時間を短くしている。
【0056】
また、この電波望遠鏡は、天体追尾時における追尾精度を確保するために、駆動装置30のバックラッシを予め設定している。具体的には、追尾時において使用される低速系の駆動装置30は、バックラッシを無視できる駆動方式を採用している。言い換えれば、低速系の駆動装置30は、ギア間の遊びを無視できるアンチバックラッシ駆動方式を採用している。これに対して、高速系の駆動装置30は、ギア間で遊びを有するバックラッシ駆動方式を採用している。この構成により、追尾時には低速モータの微妙な回転を反射鏡2に対して高精度に伝達でき、反射鏡2を微妙に変位させることができる。そのため、少しずつ移動する天体を良好に追尾できる。よって、追尾精度を確保できる。
【0057】
さらに詳述すれば、この実施の形態2に係る反射鏡駆動制御装置20は、位置補償部51および高速用速度ループ部52ならびに低速用速度ループ部53を備えている。位置補償部51は、指令信号CMDで指示された目標角度位置と実角度位置REALとの差である位置誤差ERRを求めるとともに、この求められた位置誤差ERRを高速用および低速用速度ループ部52、53のいずれかに選択出力するものである。位置補償部51は、たとえばCPUを含むコンピュータから構成され、上記選択処理をソフトウエア的に実現する。なお、位置補償部51のうち位置誤差ERRの出力切替機能をハードウエアとしてのスイッチング素子で構成してもよいことはもちろんである。
【0058】
駆動装置30は、高速駆動部60および低速駆動部70を備えている。高速駆動部60は、モータ制御部61、1つの高速モータ62および伝達機構63を有している。低速駆動部70は、モータ制御部71、2つの低速モータ72および伝達機構73を備えている。各モータ制御部61、71には、それぞれ、高速用速度ループ部52および低速用速度ループ部53からトルク指令量が与えられるようになっている。
【0059】
高速モータ62は、たとえば定格回転数として2000rpmを有するものである。より具体的には、高速モータ62は、最高回転数付近の回転数が最も安定して動作するようになっている。そこで、高速駆動部60の伝達機構63は、ギア比を相対的に低く設定している。すなわち、高速駆動部60の伝達機構63は、相対的にギア比が低くなるように複数のギアを噛み合わせて構成されている。これにより、高速モータ62にて発生された回転力は、相対的に低ギア比にて反射鏡2に伝達される。したがって、反射鏡2を相対的に高速に変位させることができる。言い換えれば、反射鏡2を相対的に大きなモータ回転量で変位させることができる。
【0060】
2つの低速モータ72は、いずれも、たとえば定格回転数として2000rpmを有するものである。より具体的には、低速モータ72は、高速モータ62と同様に、最高回転数付近の回転数が最も安定して動作するようになっている。そこで、低速駆動部70の伝達機構73は、ギア比を相対的に高く設定している。すなわち、低速駆動部70の伝達機構73は、相対的にギア比が高くなるように複数のギアを噛み合わせて構成されている。これにより、低速モータ72にて発生された回転力は、相対的に高ギア比にて反射鏡に伝達される。したがって、反射鏡2を相対的に低速で変位させることができる。言い換えれば、反射鏡2を相対的に小さなモータ回転量で変位させることができる。
【0061】
また、2つの低速モータ72は、アンチバックラッシ駆動制御を実現するために、互いに逆方向に沿って一定のプリトルクを発生するように制御されている。2つの低速モータ72において互いに逆方向のプリトルクを発生させることにより、一方の低速モータの回転によりギア間に遊びが発生するのを他方の低速モータの逆方向回転により防いでいる。
【0062】
図9は、位置補償部51における位置補償処理を説明するためのフローチャートである。なお、以下の説明では、反射鏡2の向きを第1天体Aから第2天体Bに切り替える場合を想定している。
【0063】
位置補償部51には、指令制御装置11から出力されたステップ状の指令信号CMDおよび角度検出装置40から出力された実角度位置REALが入力される。位置補償部51は、指令信号CMDで指示された目標角度位置と実角度位置REALとの差である位置誤差ERRを求め(ステップT1〜T3)、この位置誤差ERRと予め定められた判定量dとを比較判定する(ステップT4)。ここに、判定量dは、目標角度位置θ2と当該目標角度位置θ2近傍に設定された角度位置θthとの差に相当する量である。
【0064】
位置誤差ERRが判定量d以上であれば、反射鏡2はまだ目標角度位置θ2近傍に到達していないから、位置補償部51は、高速駆動制御を実行する(ステップT5)。具体的には、位置補償部51は、位置誤差ERRに対して一定のゲインωを乗じることにより速度操作量Δθを求め、この求められた速度操作量Δθを高速用速度ループ部52に与える。その結果、速度操作量Δθは、高速用速度ループ部52にてメジャー速度補償およびマイナー速度補償が施された後、トルク指令量として高速駆動部60に与えられる。その結果、高速モータ62は、速度操作量Δθに応じた電力で駆動され、その駆動力は相対的に低ギア比で反射鏡2に伝達される。これにより、反射鏡2は相対的に高速に変位する。
【0065】
一方、位置誤差ERRが判定量d未満であれば、反射鏡1は目標角度位置CMD近傍に到達したと考えられるから、位置補償部51は、低速駆動制御を実行する(ステップT6)。より具体的には、位置補償部51は、当該位置誤差ERRに対して上記ゲインωを乗じた後に、その乗算結果と当該乗算結果に積分ゲインを乗じて積分した積分結果とを加算することにより速度操作量Δθを求め、その後この求められた速度操作量Δθを低速速度ループ部53に与える。その結果、速度操作量Δθは、低速速度ループ部にてメジャー速度補償およびマイナー速度補償が施された後、トルク指令量として低速駆動部70に与えられる。その結果、低速モータ72は、速度操作量Δθに応じた電力で駆動され、その駆動力は相対的に高ギア比で反射鏡2に伝達される。これにより、反射鏡2は相対的に低速で変位する。こうして、反射鏡2を目標角度位置θ2に安定させることができる。
【0066】
なお、天体Bを観測しているときには低速駆動部70にて反射鏡2は駆動される。上述のように低速駆動部70ではバックラッシは発生しないから、低速駆動部70は、反射鏡2に対して駆動力を高精度に伝達できる。よって、反射鏡2の微妙な動きを実現できる。そのため、天体Bが僅かずつ動く場合であっても、当該天体Bを確実に追尾できる。
【0067】
以上のようにこの実施の形態2によれば、目標角度位置近傍に到達するまでは反射鏡2を相対的に高速で移動させ、目標角度位置近傍に到達した後は反射鏡2を相対的に低速で移動させる。したがって、反射鏡2の天体間における移動時間を短くできる。そのため、天体の観測効率を向上できる。
【0068】
この点について図10を参照してより詳述する。たとえば従来のようにコマンドシェープ信号を指令信号CMDとする場合、反射鏡2は、二点鎖線で示すような軌跡を描きながら変位する。これに対して、この実施の形態2では、目標角度位置近傍に到達するまでは反射鏡2を相対的に高速で変位させるから、反射鏡2は、破線で示すような軌跡を描きながら変位する。すなわち、コマンドシェープ信号の場合に比べて急峻なカーブを描く。
【0069】
ここで、反射鏡2をこのまま高速で変位させると、オーバーシュートが発生するおそれがある。そこで、この実施の形態2では、反射鏡2が目標角度位置θ2近傍に到達した後は反射鏡2を相対的に低速で変位させる。その結果、反射鏡2の軌跡はなだらかになり、反射鏡2は目標角度位置θ2をオーバーシュートすることなく目標角度位置θ2に安定する。そのため、この実施の形態2によれば、コマンドシェープ信号の場合よりも時間Δtbだけ整定時間を短くできる。よって、天体の観測効率を向上できる。
【0070】
実施の形態3
図11は、この発明の実施の形態3に係る駆動装置30の構成を示す概念図である。図11において、図9と同じ機能部分については同一の参照符号を使用する。
【0071】
上記実施の形態2では、高速モータ62および低速モータ72をそれぞれ別個の伝達機構63、73に連結する場合を例にとっている。これに対して、この実施の形態3では、高速モータ62および低速モータ72を共通の伝達機構80に連結する場合を例にとっている。
【0072】
より詳述すれば、1つの高速モータ62は高速モータ軸62aを介して伝達機構80に連結されている。また、2つの低速モータ72はそれぞれ低速モータ軸72aを介して伝達機構80に連結されている。さらに詳しくは、伝達機構80は互いに噛合する複数のギアを有している。高速モータ軸62aおよび2本の低速モータ軸72aは、伝達機構80の複数のギアのうちいずれかに連結されており、これら高速モータ軸62aが連結されているギア81および低速モータ軸72aが連結されているギア82は、1つの共通のギアに直接的または間接的に連結されている。
【0073】
低速モータ72を駆動する場合、伝達機構80のギアは2つの低速モータ軸72aの回転に伴って回転する。一方、当該伝達機構80には高速モータ軸62aも連結されている。そのため、反射鏡駆動制御装置20は、低速モータ72の回転伝達を邪魔しないように高速モータ62をスレーブ駆動する。より具体的には、反射鏡駆動制御装置20は、高速モータ62に連結されたギアが、低速モータ72の回転に伴って回転するギアに対して高速駆動部60におけるバックラッシの大きさ以下の隙間を空けながら回転するように、高速モータ62を駆動制御する。
【0074】
これにより、高速モータ62および低速モータ72を共通の伝達機構80に連結する場合でも、高速モータ62が低速モータ72の回転を妨げることがないので、低速駆動時におけるアンチバックラッシ駆動制御を実現することができる。すなわち、伝達機構80は、低速モータ軸72aの微少な回転に対応する駆動力を反射鏡2に対して高精度に伝達する。
【0075】
反対に、高速モータ62を駆動させる場合、伝達機構80内の複数のギアは1つの高速モータ軸62aの回転に伴って回転する。この場合、2つの低速モータ72は負荷となって上記回転に伴って回転する。したがって、高速モータ62は、低速モータ72の容量よりも大きな容量を有するものを適用する必要がある。なお、2つの低速モータ72はアンチバックラッシ駆動制御を実現するために互いに逆方向のプリトルクを発生するように制御されているが、高速モータ62を駆動させる場合にはこのプリトルクをいずれも0としておく。
【0076】
以上のようにこの実施の形態3によれば、高速モータ62および低速モータ72を共通の伝達機構80に連結する場合において、低速駆動部70を駆動制御するときには、高速モータ62をスレーブ駆動している。したがって、低速駆動制御時においてより良好なアンチバックラッシ駆動制御を実現することができる。そのため、天体の追尾精度を一層向上できる。
【0077】
実施の形態4
図12は、この発明の実施の形態4に係る電波望遠鏡1の全体構成を示すブロック図である。図12において、図2と同じ機能部分については同一の参照符号を使用する。
【0078】
上記実施の形態2では、高速駆動部60および低速駆動部70を選択的に使用することにより、反射鏡2の2つの天体間A、Bの移動時間を短くし、もって観測効率の向上を図っている。これに対して、この実施の形態3では、反射鏡2の有する減衰特性を可変制御することにより反射鏡2の2つの天体A、B間の移動時間を短くし、もって観測効率の向上を図っている。
【0079】
より詳述すれば、この実施の形態4に係る反射鏡駆動システム10は、反射鏡2に連結された減衰器90を備えている。また、この反射鏡駆動システム10は、減衰器90を駆動するための減衰器駆動装置91を備えている。さらに、反射鏡駆動制御装置20は、減衰器駆動制御部92を備えている。減衰器駆動制御部92は、減衰器駆動装置91を制御するものである。
【0080】
また、この反射鏡駆動制御装置20内の位置補償部93は、指令信号CMDで指示された目標角度位置と実角度位置REALとの差を位置誤差ERRとして求め、この求められた位置誤差ERRに所定のゲインωを乗じた後に、当該乗算結果と当該乗算結果に積分ゲインを乗じて積分した積分結果とを加算することにより速度操作量Δθを求め、この求められた速度操作量Δθを速度ループ部94に与えるものである。速度ループ部94は、当該速度操作量Δθに対して速度補償を施すものである。
【0081】
また、位置補償部93は、位置誤差ERRを求めたときに当該位置誤差ERRを減衰器駆動制御部92に与える。減衰器駆動制御部92は、この位置誤差ERRに基づき、反射鏡2が目標角度位置近傍に到達したか否かに応じて減衰器駆動装置91を制御する。より具体的には、減衰器駆動制御部91は、位置誤差ERRが所定の判定量d未満であるか否かを判定する。
【0082】
位置誤差ERRが上記判定量d未満でなければ、反射鏡2は目標角度位置近傍まで到達していないから、減衰器駆動制御部92は、反射鏡2の減衰特性が第1特性となるように減衰器駆動装置91を制御する。ここに、第1特性とは、反射鏡2の速度操作量が相対的に大きな特性であり、減衰特性グラフ上では相対的に急峻なカーブを描く特性のものである。減衰器駆動装置91は、減衰器駆動制御部92の制御に従って減衰器90を動作させる。その結果、減衰器90の働きによって反射鏡2は上記第1特性に従って変位する。言い換えれば、反射鏡2は相対的に高速に変位する。
【0083】
一方、位置誤差ERRが上記判定量d未満であれば、反射鏡2は目標角度位置近傍に到達しているから、減衰器駆動制御部92は、反射鏡2の減衰特性が第2特性となるように減衰器駆動装置91を制御する。ここに、第2特性とは、反射鏡2の速度操作量が第1特性よりも小さな特性であり、減衰特性グラフ上では相対的になだらかなカーブを描く特性のものである。減衰器駆動装置91は、減衰器駆動制御部92の制御に従って減衰器90を動作させる。その結果、減衰器90の働きによって反射鏡2は上記第2特性に従って変位する。言い換えれば、反射鏡2は相対的に低速に変位する。
【0084】
以上のようにこの実施の形態4によれば、目標角度位置近傍に到達するまでは反射鏡2を相対的に高速に変位させ、目標角度位置近傍に到達した後は反射鏡2を相対的に低速に変位させる。したがって、反射鏡2の2つの天体A、B間の移動時間を短縮できる。そのため、観測効率の向上を図ることができる。
【0085】
他の実施の形態
この発明の実施の形態の説明は以上のとおりであるが、この発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。たとえば上記実施の形態では、位置補償部は、位置補償処理をソフトで実行している。しかし、たとえば位置補償部を制御回路からなるハードウエアで構成し、位置補償処理をハード的に実行してもよいことはもちろんである。
【0086】
また、上記実施の形態では、この発明を電波望遠鏡1に適用する場合を例にとっている。しかし、この発明は、アンテナなどのように電波を受信することにより追尾対象を追尾する追尾装置であれば容易に適用可能である。
【0087】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、目標角度位置近傍まで到達したか否かに応じて反射鏡の駆動制御を切り替えるから、反射鏡を目標角度位置に速やかに安定させたり複数の追尾対象間の移動時間を短縮させたりすることができる。したがって、この発明を追尾対象を観測する場合にその観測効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1に係る電波望遠鏡の構成を示す概念図である。
【図2】 電波望遠鏡の内部構成を示すブロック図である。
【図3】 指令信号と反射鏡の実角度位置との関係を示すグラフである。
【図4】 反射鏡と2つの天体との方位面内における関係を示す概念図である。
【図5】 位置補償処理を説明するためのフローチャートである。
【図6】 ゲインの大きさを示すグラフである。
【図7】 定常偏差を説明するためのグラフである。
【図8】 この発明の実施の形態2に係る電波望遠鏡の内部構成を示すブロック図である。
【図9】 実施の形態2に係る位置補償処理を説明するためのフローチャートである。
【図10】 実施の形態2の効果を説明するためのグラフである。
【図11】 この発明の実施の形態3に係る駆動装置の構成を示す概念図である。
【図12】 この発明の実施の形態4に係る電波望遠鏡の内部構成を示すブロック図である。
【図13】 従来の指令信号と実角度位置との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 電波望遠鏡、2 反射鏡、10 反射鏡駆動システム、11 指令制御装置、20 反射鏡駆動制御装置、22、51、93 位置補償部、30 駆動装置、40 角度検出装置、60 高速駆動部、70 低速駆動部。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radio telescope that observes two or more celestial bodies and a tracking device such as an antenna, and relates to a device that drives and controls a reflector provided in the tracking device, and a drive system that includes the drive control device.
[0002]
[Prior art]
Conventional radio telescopes generally include one reflecting mirror that receives radio waves radiated from a celestial body, and a reflecting mirror drive system that directs the direction of the reflecting mirror in a target direction. The reflecting mirror drive system can displace the reflecting mirror along the azimuth direction and the elevation angle direction, and can arbitrarily change the displacement angle. With this configuration, the radio telescope can, for example, alternately track two celestial bodies that are separated from each other, or alternately track a target celestial body and a celestial body for background correction that is located away from this celestial body. Can be.
[0003]
More specifically, the reflector driving system includes a reflector driving control device and a driving device. The drive device has a motor control device, a motor, and a transmission mechanism. The reflecting mirror drive control device obtains a speed operation amount based on a command signal CMD given from an external computer, and gives a torque command amount obtained based on the speed operation amount to the motor control device. The motor control device supplies electric power corresponding to the torque command amount to the motor. The motor generates a driving force corresponding to the electric power. The driving force is transmitted to the reflecting mirror through the transmission mechanism. As a result, the reflecting mirror is displaced toward the target angular position indicated by the command signal CMD.
[0004]
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the command signal CMD and the actual angular position REAL that is the actual angular position of the reflecting mirror. The computer gives a so-called command shape signal to the reflecting mirror drive control device as a command signal. The command shape signal indicates the temporary target angular position until it stabilizes to the final target angular position so that the reflector can be displaced without overshooting the final target angular position even once, as indicated by the alternate long and short dash line. This is a signal that instructs in small steps.
[0005]
The reflecting mirror drive control device obtains the speed operation amount in accordance with the command shape signal. The speed operation amount in this case corresponds to an amount that can avoid the occurrence of overshoot. A torque command amount corresponding to the speed operation amount is given to the motor control device. As a result, as shown by the one-dot chain line in FIG. 13, the reflecting mirror is displaced according to a relatively small speed operation amount, and is stabilized at the final target angular position.
[0006]
By the way, when the reflecting mirror is displaced to the target angular position, not the command shape signal but the step from the current angular position, which is the angular position of the reflecting mirror before switching, to the final target angular position, as indicated by a solid line in FIG. It is conceivable that the step signal that changes in the shape is used as the command signal CMD. However, when the command signal CMD is used as the step signal, overshoot may occur as shown by a two-dot chain line in FIG. 13, and eventually it takes time until the reflecting mirror is stabilized at the final target angular position. It will take. Therefore, there is a problem that the observation time of the celestial object relative to the total observation time is shortened and the observation efficiency is lowered.
[0007]
More specifically, when the step signal is given as the command signal CMD, a larger speed operation amount is required than in the case of the command shape signal. As a result, as shown by a two-dot chain line in FIG. 13, the reflecting mirror approaches the final target angular position in a shorter time than the case of the command shape signal. In other words, the reflecting mirror approaches the final target angular position vigorously.
[0008]
As a result, the reflector goes too far over the target angular position, and overshoot occurs. In this case, several overshoots may occur until the reflecting mirror converges to the target angular position, and at this time, it takes a certain amount of time to converge the reflecting mirror to the target angular position. As a result, it takes extra time Δt than the command shape signal. Therefore, in the conventional radio telescope, a command shape signal may be adopted from the viewpoint of observation efficiency as described above.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, the command shape signal instructs the target angle position in small increments, so it is necessary to frequently output the command signal CMD. Therefore, there is a demerit that the processing becomes complicated as compared with the case of the step signal.
[0010]
Further, in the drive control using the command shape signal as described above, the observation efficiency of the radio telescope is not yet sufficient, and further improvement of the observation efficiency is desired.
[0011]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a reflecting mirror drive control device and a reflecting mirror drive system that can simplify processing and can improve observation efficiency.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for achieving the above object is an apparatus for controlling a driving device for driving a reflecting mirror that receives radio waves, and a receiving means for receiving a displacement instruction that changes stepwise from a current angular position to a target angular position. The position error detecting means for detecting a position error which is a difference between the target angular position indicated by the displacement instruction received by the receiving means and the actual angle position of the reflecting mirror, and the position error detecting means Determining means for determining whether or not the reflecting mirror has reached the vicinity of the target angular position based on the position error; and when the determining means determines that the reflecting mirror has not reached the vicinity of the target angular position, When the driving device is controlled so that the reflecting mirror is displaced by a one-speed operation amount, and the determining means determines that the reflecting mirror has reached the vicinity of the target angular position, the first speed Reflector with a large second speed operation amount than the operation amount is intended to include a control means for controlling the driving device to be displaced.
[0013]
The determining means determines whether or not the reflecting mirror has reached the vicinity of the target angular position by, for example, comparing and determining the position error and a predetermined determination amount. Further, the first speed manipulated variable is obtained without performing integration processing so as to avoid overshoot, for example.
[0014]
Further, the present invention provides a driving system for driving a reflecting mirror that receives radio waves, and a high-speed driving unit that transmits a driving force generated by the motor to the reflecting mirror with a relatively low gear ratio, and the motor. A low-speed drive unit that transmits the driving force to the reflecting mirror with a relatively high gear ratio, a reception unit that receives a displacement instruction that changes stepwise from the current angle position to the target angle position, and a displacement instruction that is received by the reception unit Position error detecting means for detecting a position error that is a difference between the target angle position indicated in step 1 and the actual angle position of the reflecting mirror, and the reflecting mirror is in the vicinity of the target angle position based on the position error detected by the position error detecting means. Determining means for determining whether or not the reflector has reached the target angle position, and if the determining means determines that the reflecting mirror has not reached the vicinity of the target angle position, the speed corresponding to the position error is determined. Control means for operating the high-speed drive unit according to the operation amount, and operating the low-speed drive unit according to the speed operation amount according to the position error when the determination means determines that the reflecting mirror has reached the vicinity of the target angular position. And a reflecting mirror drive control device.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0016]
Embodiment 1
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of a radio telescope according to Embodiment 1 of the present invention. The radio telescope 1 is for tracking the celestial bodies A and B as observation targets and observing their properties, and is installed on the earth, for example. The radio telescope 1 has a reflecting mirror 2 and tracks the celestial bodies A and B by receiving radio waves radiated from the celestial bodies A and B by the reflecting mirror 2. The reception frequency is, for example, several GHz. The reflecting mirror 2 is attached to the support base 3 so that it can be displaced along the azimuth direction and the elevation angle direction. With this configuration, it is possible to track one celestial body that moves relative to the ground surface, or to track a plurality of celestial bodies alternately.
[0017]
For example, when two celestial bodies A and B are alternately tracked, when the tracking of one celestial body A is finished and the tracking of the other celestial body B is started, it is necessary to switch the direction of the reflecting mirror 2. In other words, the direction of the reflecting mirror 2 facing one celestial body A needs to be directed to the other celestial body B. On the other hand, in order to increase the observation efficiency, it is necessary to quickly switch the direction of the reflecting mirror 2 to the target direction and stabilize the state in that state.
[0018]
Therefore, in the first embodiment, the reflector 2 is displaced by the first speed operation amount that is at least the speed operation amount that can avoid the occurrence of the overshoot until reaching the vicinity of the target angle position, and reaches the vicinity of the target angle position. After that, the reflecting mirror 2 is displaced by a second speed operation amount larger than the first speed operation amount. By doing so, the reflecting mirror 2 can be stabilized at the target angular position without generating an overshoot and faster than when the reflecting mirror 2 is displaced little by little even after reaching the vicinity of the target angular position.
[0019]
FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the radio telescope 1. The radio telescope 1 includes a reflecting mirror 2, a reflecting mirror driving system 10, and a command control device 11. For example, when the direction of the reflecting mirror 2 is switched from one celestial body A to the other celestial body B, the command control device 11 gives a stepped command signal CMD corresponding to a displacement instruction to the reflecting mirror drive system 10. More specifically, the command control device 11 provides the reflecting mirror drive system 10 with a command signal CMD that changes stepwise from the current angle position to the target angle position.
[0020]
Here, the current angular position corresponds to the angular position of the reflecting mirror 2 before switching, and the target angular position corresponds to the angular position after switching. Therefore, in this case, the current angular position is an angular position at which the reflecting mirror 2 faces the celestial body A, and the target angular position is an angular position at which the reflecting mirror 2 faces the celestial body B.
[0021]
The reflecting mirror drive system 10 performs position compensation and velocity loop compensation based on the target angular position indicated by the command signal CMD and the actual angular position REAL of the reflecting mirror 2, and obtains a displacement amount by which the reflecting mirror 2 should be displaced. . Thereafter, the reflecting mirror driving system 10 generates a driving force corresponding to the obtained displacement amount, and displaces the reflecting mirror 2 with the driving force. Thereby, the direction of the reflecting mirror 2 can be quickly switched from one celestial body A to the other celestial body B.
[0022]
More specifically, the command control device 11 is constituted by a computer, for example. The command control device 11 outputs a command signal CMD to the reflecting mirror drive system 10 at regular intervals. More specifically, when switching the direction of the reflecting mirror 2 from one celestial body A to the other celestial body B, the command control device 11 changes the target corresponding to the other celestial body B from the current angular position corresponding to the one celestial body A. A command signal CMD that changes stepwise at the angular position is output.
[0023]
The reflecting mirror drive system 10 includes one reflecting mirror drive control device 20, two driving devices 30, and two angle detection devices (represented as EL (θ) and AZ (θ) in FIG. 1) 40. Yes. The reflecting mirror drive control device 20, the drive device 30, and the angle detection device 40 have a hardware configuration independent of each other. The reflecting mirror drive control device 20 controls the drive device 30 according to the command signal CMD given from the command control device 11. The driving device 30 actually displaces the reflecting mirror 2 in accordance with the control by the reflecting mirror drive control device 20. The angle detection device 40 detects an actual angular position REAL corresponding to the current angular position of the reflecting mirror 2.
[0024]
More specifically, the reflecting mirror drive control device 20 includes two drive control units 21. One of the two drive control units 21 controls the displacement along the azimuth direction of the reflecting mirror 2, and the other controls the displacement along the elevation angle direction of the reflecting mirror 2. The drive control unit 21 includes a position compensation unit 22 and a speed loop unit 23.
[0025]
The position compensation unit 22 includes a computer including a CPU (Central Processing Unit), and executes position compensation processing according to a position compensation program in software. More specifically, the position compensation unit 22 performs position compensation processing based on the command signal CMD given from the command control device 11. In the position compensation process, the magnitude of the amount of displacement by which the reflecting mirror 2 is to be displaced is controlled according to the difference between the target angular position indicated by the command signal CMD and the actual angular position REAL of the reflecting mirror 2. The displacement amount after the control is given to the speed loop unit 23 as a speed operation amount.
[0026]
The speed loop unit 23 is composed of a DSP (Digital Signal Processor) card or the like, and is for suppressing the influence of disturbance such as wind. For example, the speed loop unit 23 executes, in software, a major speed compensation process according to the major speed compensation program, a minor speed compensation process according to the minor speed compensation program, and the like. Thus, the speed loop unit 23 suppresses the influence of the disturbance from the speed operation amount given from the position compensation unit 22 and obtains the torque command amount.
[0027]
The reflecting mirror drive control device 20 outputs a torque command amount to the drive device 30. The two driving devices 30 respectively displace the reflecting mirror 2 along the azimuth direction and the elevation direction. More specifically, the drive device 30 includes a motor control unit 31, a motor (M) 32, and a transmission mechanism 33. The motor control unit 31 is composed of, for example, two sets of motor drivers. The torque command amount is input to the motor control unit 31. The motor control unit 31 supplies electric power corresponding to the torque command amount to the motor 32.
[0028]
The motor 32 generates a rotational force necessary to displace the reflecting mirror 2 in the azimuth direction according to the electric power supplied from the motor control unit 31. The rotational force generated by the motor 32 is given to the transmission mechanism 33. The transmission mechanism 33 has, for example, a plurality of gears that mesh with each other, and transmits the rotational force applied from the motor 32 to the reflecting mirror 2. Thereby, the reflecting mirror 2 can be displaced according to the torque command amount given from the reflecting mirror drive control device 20.
[0029]
The two angle detection devices 40 are provided in association with the reflecting mirror 2. The two angle detection devices 40 respectively detect the angular position in the azimuth direction of the reflecting mirror 2 and the angular position in the elevation angle direction of the reflecting mirror 2 as the actual angular position REAL. Each angle detection device 40 outputs the actual angular position REAL to the reflecting mirror drive control device 20.
[0030]
FIG. 3 is a graph for explaining the relationship between the command signal CMD and the actual angular position REAL of the reflecting mirror 2. FIG. 4 is a conceptual diagram showing the relationship in the azimuth plane between the reflecting mirror 2 and the two celestial bodies A and B, and shows a case where the direction of the reflecting mirror 2 is switched from the first celestial body A to the second celestial body B. ing. Below, the case where the direction in the azimuth | direction surface of the reflective mirror 2 is switched from the celestial body A to the celestial body B is demonstrated with reference to FIG.2, FIG.3 and FIG.4.
[0031]
The command control device 11 outputs a command signal CMD that indicates the current angle position θ1 corresponding to the celestial body A until the direction of the reflecting mirror 2 is switched. When the direction of the reflecting mirror 2 is switched to the celestial body B in this state, the command control device 11 outputs a command signal CMD that indicates the target angular position θ2 corresponding to the celestial body B. In this case, the command signal CMD has a step shape as indicated by a solid line in FIG.
[0032]
When the angular position instructed by the command signal CMD is switched from the current angular position θ1 to the target angular position θ2, the reflecting mirror drive control device 20 compares and determines the position error ERR and the first determination amount d1. The position error ERR corresponds to the difference between the target angular position θ2 and the actual angular position REAL. The first determination amount d1 is an amount corresponding to the difference between the first angular position θth1 set near the target angular position θ2 and the target angular position θ2.
[0033]
When the position error ERR is equal to or larger than the first determination amount d1, the reflecting mirror 2 has not reached the vicinity of the target angular position θ2, and therefore the reflecting mirror drive control device 20 executes a process for obtaining the first speed operation amount Δθ1. Here, the first speed manipulated variable Δθ1 is obtained without performing integration processing so as to avoid the occurrence of overshoot. The reflecting mirror drive control device 20 obtains a first torque command amount based on the first speed operation amount Δθ1, and gives this first torque command amount to the drive device 30. As a result, the reflecting mirror 2 is displaced according to the first speed operation amount Δθ1.
[0034]
Thus, the reflecting mirror 2 is displaced in small increments according to the first speed manipulated variable Δθ1 that can avoid the occurrence of overshoot until it reaches the vicinity of the target angular position θ2.
[0035]
When the position error ERR is less than the first determination amount d1, that is, when the reflecting mirror 2 reaches the vicinity of the target angular position θ2, the reflecting mirror drive system 10 causes the reflecting mirror 2 to reach the target angular position θ2 all at once. . However, when the reflecting mirror 2 is suddenly displaced, the reflecting mirror 2 has been displaced in small increments until that time, resulting in control discontinuity. Therefore, the reflector driving system 10 according to the first embodiment is configured to smoothly displace the reflector 2 by gradually increasing the gain of the position compensation unit 20 with the position error ERR.
[0036]
More specifically, when the position error ERR is less than the first determination amount d1, the reflecting mirror drive control device 20 further compares and determines the position error ERR and the second determination amount d2. The second determination amount d1 is smaller than the first determination amount d1, and is the difference between the second angular position θth2 and the target angular position θ2 set on the target angular position θ2 side with respect to the first angular position θth1. It is equivalent to.
[0037]
When the position error ERR is equal to or larger than the second determination amount d2, the reflecting mirror drive control device 20 obtains an intermediate speed operation amount Δθm that is slightly larger than the first speed operation amount Δθ1. This intermediate speed operation amount Δθm is given to the drive device 30. As a result, the reflecting mirror 2 approaches the target angular position θ2 with a larger angular width than before. More specifically, in this case, the reflecting mirror 2 is displaced so as to draw a steeper curve than before, between the points k1 and k2 in FIG.
[0038]
On the other hand, when the position error ERR is less than the second determination amount d2, the reflecting mirror drive control device 20 obtains the second speed operation amount Δθ2. The second speed manipulated variable Δθ2 is larger than the first speed manipulated variable Δθ1 and the intermediate speed manipulated variable Δθm by being cured by the position error ERR having the same magnitude. For example, the maximum value of the position error ERR corresponding to the second speed operation amount Δθ2 is an amount equal to the second determination amount d2. The reflecting mirror drive control device 20 obtains a second torque command amount based on the second speed operation amount Δθ2, and the second torque command amount is given to the drive device 30. As a result, the reflecting mirror 2 further approaches the target angular position θ2 with a larger angular width than before. That is, the reflecting mirror 2 is displaced so as to draw a steeper curve than before, such as between the point k2 and the target angular position θ2 in FIG.
[0039]
As described above, the reflecting mirror 2 is displaced in small increments until the reflecting mirror 2 reaches the vicinity of the target angular position θ2, and when the reflecting mirror 2 reaches the vicinity of the target angular position θ2, the reflecting mirror 2 is smoothly displaced. It is displaced at a stroke after. Therefore, the reflecting mirror 2 can be quickly stabilized at the target angular position θ2.
[0040]
More specifically, for example, when a command shape signal is given as the command signal CMD, the reflecting mirror 2 is stabilized at the target angular position θ2 during the settling time Δt1 in FIG. 3 (corresponding to a curve indicated by a two-dot chain line from the point k1). On the other hand, according to the first embodiment, the reflecting mirror 2 is stabilized at the target angular position θ2 at the settling time Δt2 in FIG. That is, according to the first embodiment, the settling time can be shortened by Δt1−Δt2 = Δta, compared to the case where the command shape signal is given as the command signal CMD. That is, the settling property is improved. Therefore, the observation efficiency can be improved.
[0041]
FIG. 5 is a flowchart showing the position compensation process. Hereinafter, the position compensation process described with reference to FIGS. 3 and 4 will be described in more detail. The position compensation unit 22 receives the command signal CMD output from the command control device 11 (step S1), and receives the actual angle position REAL (step S2), the target angle position θ2 indicated by these command signals CMD and A position error ERR which is a difference from the actual angular position REAL is obtained (step S3).
[0042]
Next, the position compensator 22 performs a position error ERR determination process (step S4). Specifically, the position compensation unit 22 compares and determines the position error ERR and the first determination amount d1. More specifically, the position compensation unit 22 determines whether the position error ERR is less than the first determination amount d1.
[0043]
If the position error ERR is greater than or equal to the first determination amount d1, the position compensation unit 22 performs an I-type control process (step S5). More specifically, the position compensation unit 22 obtains a first speed operation amount Δθ1 corresponding to the multiplication result by multiplying the position error ERR by a predetermined first gain ω1. In this case, the gain ω1 is set to a value that can obtain a maximum speed manipulated variable that can avoid the occurrence of overshoot when multiplied by the position error ERR.
[0044]
On the other hand, if the position error ERR is less than the first determination amount d1, then the position compensation unit 22 compares and determines the position error ERR and the second determination amount d2 (step S6). More specifically, the position compensation unit 22 determines whether the position error ERR is less than the second determination amount d2.
[0045]
If the position error ERR is not less than the second determination amount d2, the position compensation unit 22 performs an interpolation process for gradually increasing the gain (step S7). Specifically, the position compensation unit 22 obtains the intermediate speed operation amount Δθm by multiplying the position error ERR by a value obtained by dividing the intermediate gain ωm by the square root of the position error ERR. In this case, the intermediate speed manipulated variable Δθm is a speed manipulated variable that is larger than the first speed manipulated variable Δθ1 and smaller than the second speed manipulated variable Δθ2 over the position error ERR of the same magnitude, and the position error. The ERR increases as it approaches the second determination amount d2.
[0046]
On the other hand, if the position error ERR is less than the second determination amount d2, it is considered that the reflecting mirror 2 has reached the immediate vicinity of the target angular position θ2, so that the reflecting mirror 2 can reach the target angular position θ2 all at once. In addition, the position compensation unit 22 executes a type II control process (step S7). More specifically, the position compensation unit 22 multiplies the position error ERR by a predetermined second gain ω2. Thereafter, the position compensation unit 22 multiplies the multiplication result by an additional gain ωa, and further integrates the multiplication result to obtain the second speed manipulated variable Δθ2. In this case, the second gain ω2 is set to a value that is at least larger than the first gain ω1. Therefore, the second speed operation amount Δθ2 larger than the first speed operation amount Δθ1 can be obtained.
[0047]
FIG. 6 is a graph showing the gain with respect to the position error ERR. When the position error ERR is equal to or greater than the first determination amount d1, the gain is set to the first gain ω1. When the position error ERR is less than the first determination amount d1 and greater than or equal to the second determination amount d2, the gain is an intermediate gain ωm between the first gain ω1 and the second gain ω2 by the square root of the position error ERR. Set to the divided value. When the position error ERR is less than the second determination amount d2, the gain is set to the second gain ω2.
[0048]
As described above, according to the first embodiment, when the step-like command signal CMD is given, the gain is decreased until the reflecting mirror 2 reaches the vicinity of the target angular position, and the vicinity of the target angular position is reached. Sometimes the gain is increased to cause the reflecting mirror 2 to reach the target angular position all at once.
[0049]
Therefore, the reflecting mirror 2 can be stabilized more quickly at the target angular position than when the reflecting mirror 2 is displaced in small increments until the target angular position is stabilized. That is, the settling time can be shortened. For this reason, the time required for observing celestial objects can be kept longer than the total observation time. Therefore, the observation efficiency can be improved. In addition, since the command control device 11 only needs to output the command signal CMD for instructing the target angular position θ2, the processing of the command control device 11 can be simplified.
[0050]
Further, when the reflecting mirror 2 reaches the vicinity of the target angular position, the II control process including the integration process is performed on the reflecting mirror 2, so that a so-called steady-state deviation can be prevented from occurring. More specifically, for example, the celestial body B after switching may move little by little with respect to the earth. In this case, in order to observe the celestial body B, it is necessary to displace the reflecting mirror 2 in accordance with its movement. For this reason, the command control device 11 changes the target angle position according to the movement of the acquired object B once the target angle position is set to θ2. As a result, the command signal CMD may be a so-called ramp signal that gradually moves away from the current angular position θ1, as shown in FIG.
[0051]
In the case of a ramp signal, if the reflecting mirror 2 is controlled by the I-type control processing that does not include integration processing with respect to the target angular position, the reflecting mirror 2 only needs to be displaced along the change of the ramp signal as shown by the broken line. Even after passing, the target angular position is not reached. The difference between the target angular position and the actual angular position REAL of the reflecting mirror 2 in this case is referred to as a steady deviation Δσ. However, if the reflecting mirror 2 is controlled by the type II control process including the integration process as described above, the occurrence of the steady deviation Δσ can be prevented. Therefore, since the celestial body B can be observed reliably, the observation accuracy can be improved.
[0052]
Embodiment 2
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the radio telescope according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 8, the same reference numerals are used for the same functional parts as in FIG.
[0053]
In the first embodiment, the reflecting mirror 2 is displaced in small increments until the reflecting mirror 2 reaches the vicinity of the target angular position, and after the reflecting mirror 2 reaches the vicinity of the target angular position, the reflecting mirror 2 is displaced at a stroke. Thus, the reflecting mirror 2 is quickly stabilized at the target angular position, thereby improving the observation efficiency.
[0054]
In contrast, in the second embodiment, the reflecting mirror 2 is displaced at a relatively high speed until the reflecting mirror 2 reaches the vicinity of the target angular position, and after the reflecting mirror 2 reaches the vicinity of the target angular position, The moving time of the reflecting mirror 2 is shortened by displacing the reflecting mirror 2 at a relatively low speed, thereby improving the observation efficiency.
[0055]
More specifically, the radio telescope includes two types of motors, a low speed motor and a high speed motor, in order to realize the displacement of the reflecting mirror 2 as described above. That is, this radio telescope uses a high-speed motor to displace the reflecting mirror 2 at a relatively high speed until the reflecting mirror 2 reaches the vicinity of the target angular position, and after the reflecting mirror 2 reaches the target angular position, The reflecting mirror 2 is displaced at a relatively low speed using a low speed motor. By doing so, the moving time of the reflecting mirror 2 between the two celestial bodies A and B is shortened while avoiding overshoot.
[0056]
In addition, this radio telescope sets the backlash of the driving device 30 in advance in order to ensure tracking accuracy during astronomical tracking. Specifically, the low-speed drive device 30 used at the time of tracking employs a drive system that can ignore backlash. In other words, the low-speed drive device 30 employs an anti-backlash drive system that can ignore the play between the gears. On the other hand, the high-speed drive device 30 employs a backlash drive system having play between gears. With this configuration, the subtle rotation of the low-speed motor can be transmitted to the reflecting mirror 2 with high accuracy during tracking, and the reflecting mirror 2 can be slightly displaced. Therefore, it is possible to track a celestial body that moves little by little. Therefore, tracking accuracy can be ensured.
[0057]
More specifically, the reflector drive control device 20 according to the second embodiment includes a position compensation unit 51, a high speed speed loop unit 52, and a low speed speed loop unit 53. The position compensation unit 51 obtains a position error ERR that is the difference between the target angular position instructed by the command signal CMD and the actual angular position REAL, and uses the obtained position error ERR for a high speed and a low speed speed loop unit 52. , 53 are selectively output. The position compensation unit 51 is composed of, for example, a computer including a CPU, and realizes the selection process in software. Of course, the output switching function of the position error ERR in the position compensation unit 51 may be configured by a switching element as hardware.
[0058]
The drive device 30 includes a high speed drive unit 60 and a low speed drive unit 70. The high speed drive unit 60 includes a motor control unit 61, a single high speed motor 62, and a transmission mechanism 63. The low speed drive unit 70 includes a motor control unit 71, two low speed motors 72, and a transmission mechanism 73. Torque command amounts are given to the motor control units 61 and 71 from the high speed speed loop unit 52 and the low speed speed loop unit 53, respectively.
[0059]
The high-speed motor 62 has, for example, 2000 rpm as the rated rotation speed. More specifically, the high-speed motor 62 operates most stably at a rotational speed near the maximum rotational speed. Therefore, the transmission mechanism 63 of the high-speed drive unit 60 sets the gear ratio relatively low. That is, the transmission mechanism 63 of the high-speed drive unit 60 is configured by meshing a plurality of gears so that the gear ratio is relatively low. Thereby, the rotational force generated by the high-speed motor 62 is transmitted to the reflecting mirror 2 at a relatively low gear ratio. Therefore, the reflecting mirror 2 can be displaced at a relatively high speed. In other words, the reflecting mirror 2 can be displaced by a relatively large motor rotation amount.
[0060]
Each of the two low-speed motors 72 has, for example, 2000 rpm as the rated rotational speed. More specifically, like the high-speed motor 62, the low-speed motor 72 operates most stably in the vicinity of the maximum rotation speed. Therefore, the transmission mechanism 73 of the low-speed drive unit 70 sets the gear ratio relatively high. That is, the transmission mechanism 73 of the low-speed drive unit 70 is configured by meshing a plurality of gears so that the gear ratio is relatively high. Thereby, the rotational force generated by the low speed motor 72 is transmitted to the reflecting mirror at a relatively high gear ratio. Therefore, the reflecting mirror 2 can be displaced at a relatively low speed. In other words, the reflecting mirror 2 can be displaced with a relatively small amount of motor rotation.
[0061]
Further, the two low-speed motors 72 are controlled so as to generate a constant pre-torque along opposite directions to realize anti-backlash drive control. By generating pre-torques in opposite directions in the two low-speed motors 72, play between the gears due to the rotation of one low-speed motor is prevented by the reverse rotation of the other low-speed motor.
[0062]
FIG. 9 is a flowchart for explaining the position compensation processing in the position compensation unit 51. In the following description, it is assumed that the direction of the reflecting mirror 2 is switched from the first celestial body A to the second celestial body B.
[0063]
The position compensation unit 51 receives the step-like command signal CMD output from the command control device 11 and the actual angular position REAL output from the angle detection device 40. The position compensation unit 51 obtains a position error ERR that is the difference between the target angular position instructed by the command signal CMD and the actual angular position REAL (steps T1 to T3), and the position error ERR and a predetermined determination amount d. Are compared (step T4). Here, the determination amount d is an amount corresponding to the difference between the target angular position θ2 and the angular position θth set in the vicinity of the target angular position θ2.
[0064]
If the position error ERR is equal to or greater than the determination amount d, the reflecting mirror 2 has not yet reached the vicinity of the target angular position θ2, and therefore the position compensation unit 51 performs high-speed drive control (step T5). Specifically, the position compensation unit 51 obtains the speed operation amount Δθ by multiplying the position error ERR by a certain gain ω, and gives the obtained speed operation amount Δθ to the high speed speed loop unit 52. As a result, the speed operation amount Δθ is given to the high speed drive unit 60 as a torque command amount after the major speed compensation and the minor speed compensation are performed in the high speed speed loop unit 52. As a result, the high speed motor 62 is driven with electric power corresponding to the speed operation amount Δθ, and the driving force is transmitted to the reflecting mirror 2 with a relatively low gear ratio. Thereby, the reflecting mirror 2 is displaced at a relatively high speed.
[0065]
On the other hand, if the position error ERR is less than the determination amount d, it is considered that the reflecting mirror 1 has reached the vicinity of the target angular position CMD, and therefore the position compensation unit 51 executes the low speed drive control (step T6). More specifically, the position compensation unit 51 multiplies the position error ERR by the gain ω and then adds the multiplication result and the integration result obtained by multiplying the multiplication result by the integration gain. The speed operation amount Δθ is obtained, and then the obtained speed operation amount Δθ is given to the low speed speed loop unit 53. As a result, the speed operation amount Δθ is given to the low speed drive unit 70 as a torque command amount after major speed compensation and minor speed compensation are performed in the low speed speed loop unit. As a result, the low speed motor 72 is driven with electric power corresponding to the speed operation amount Δθ, and the driving force is transmitted to the reflecting mirror 2 with a relatively high gear ratio. Thereby, the reflecting mirror 2 is displaced at a relatively low speed. In this way, the reflecting mirror 2 can be stabilized at the target angular position θ2.
[0066]
When observing the celestial body B, the reflecting mirror 2 is driven by the low-speed drive unit 70. As described above, no backlash occurs in the low-speed drive unit 70, so the low-speed drive unit 70 can transmit the driving force to the reflecting mirror 2 with high accuracy. Therefore, a delicate movement of the reflecting mirror 2 can be realized. Therefore, even if the celestial body B moves little by little, the celestial body B can be reliably tracked.
[0067]
As described above, according to the second embodiment, the reflecting mirror 2 is moved at a relatively high speed until the vicinity of the target angular position is reached, and the reflecting mirror 2 is relatively moved after reaching the vicinity of the target angular position. Move at low speed. Therefore, the movement time of the reflecting mirror 2 between the celestial bodies can be shortened. Therefore, the observation efficiency of celestial bodies can be improved.
[0068]
This point will be described in more detail with reference to FIG. For example, when the command shape signal is used as the command signal CMD as in the prior art, the reflecting mirror 2 is displaced while drawing a locus as indicated by a two-dot chain line. On the other hand, in the second embodiment, the reflecting mirror 2 is displaced at a relatively high speed until it reaches the vicinity of the target angular position, so that the reflecting mirror 2 is displaced while drawing a locus shown by a broken line. . That is, a steep curve is drawn as compared with the case of the command shape signal.
[0069]
Here, if the reflecting mirror 2 is displaced at a high speed as it is, overshoot may occur. Therefore, in the second embodiment, after the reflecting mirror 2 reaches the vicinity of the target angular position θ2, the reflecting mirror 2 is displaced at a relatively low speed. As a result, the locus of the reflecting mirror 2 becomes gentle, and the reflecting mirror 2 is stabilized at the target angular position θ2 without overshooting the target angular position θ2. Therefore, according to the second embodiment, the settling time can be shortened by the time Δtb as compared with the case of the command shape signal. Therefore, the observation efficiency of celestial bodies can be improved.
[0070]
Embodiment 3
FIG. 11 is a conceptual diagram showing a configuration of a drive device 30 according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 11, the same reference numerals are used for the same functional parts as in FIG.
[0071]
In the second embodiment, a case where the high-speed motor 62 and the low-speed motor 72 are coupled to separate transmission mechanisms 63 and 73 is taken as an example. On the other hand, in the third embodiment, a case where the high speed motor 62 and the low speed motor 72 are coupled to the common transmission mechanism 80 is taken as an example.
[0072]
More specifically, one high speed motor 62 is connected to the transmission mechanism 80 via a high speed motor shaft 62a. The two low-speed motors 72 are connected to the transmission mechanism 80 via low-speed motor shafts 72a. More specifically, the transmission mechanism 80 has a plurality of gears that mesh with each other. The high-speed motor shaft 62a and the two low-speed motor shafts 72a are connected to one of a plurality of gears of the transmission mechanism 80, and the gear 81 to which the high-speed motor shaft 62a is connected and the low-speed motor shaft 72a are connected. The gear 82 is connected directly or indirectly to one common gear.
[0073]
When driving the low speed motor 72, the gear of the transmission mechanism 80 rotates with the rotation of the two low speed motor shafts 72a. On the other hand, a high-speed motor shaft 62 a is also connected to the transmission mechanism 80. Therefore, the reflecting mirror drive control device 20 drives the high-speed motor 62 as a slave so as not to interfere with the rotation transmission of the low-speed motor 72. More specifically, in the reflecting mirror drive control device 20, the gear connected to the high-speed motor 62 has a gap less than the size of the backlash in the high-speed drive unit 60 with respect to the gear that rotates as the low-speed motor 72 rotates. The high-speed motor 62 is driven and controlled so as to rotate while leaving a gap.
[0074]
Accordingly, even when the high speed motor 62 and the low speed motor 72 are connected to the common transmission mechanism 80, the high speed motor 62 does not hinder the rotation of the low speed motor 72, so that anti-backlash drive control at the time of low speed driving is realized. Can do. That is, the transmission mechanism 80 transmits a driving force corresponding to a slight rotation of the low-speed motor shaft 72a to the reflecting mirror 2 with high accuracy.
[0075]
On the contrary, when driving the high-speed motor 62, the plurality of gears in the transmission mechanism 80 rotate as the single high-speed motor shaft 62a rotates. In this case, the two low-speed motors 72 become loads and rotate with the rotation. Therefore, it is necessary to apply a high speed motor 62 having a capacity larger than that of the low speed motor 72. The two low-speed motors 72 are controlled to generate pre-torques in opposite directions to achieve anti-backlash drive control. However, when driving the high-speed motor 62, both of these pre-torques are set to zero. .
[0076]
As described above, according to the third embodiment, when the high-speed motor 62 and the low-speed motor 72 are connected to the common transmission mechanism 80, when the low-speed drive unit 70 is driven and controlled, the high-speed motor 62 is slave-driven. Yes. Accordingly, better anti-backlash drive control can be realized during low-speed drive control. Therefore, the tracking accuracy of the celestial body can be further improved.
[0077]
Embodiment 4
FIG. 12 is a block diagram showing an overall configuration of a radio telescope 1 according to Embodiment 4 of the present invention. 12, the same reference numerals are used for the same functional parts as in FIG.
[0078]
In the second embodiment, the high-speed drive unit 60 and the low-speed drive unit 70 are selectively used to shorten the moving time between the two celestial bodies A and B of the reflecting mirror 2, thereby improving the observation efficiency. ing. On the other hand, in the third embodiment, the moving time between the two celestial bodies A and B of the reflecting mirror 2 is shortened by variably controlling the attenuation characteristic of the reflecting mirror 2, thereby improving the observation efficiency. ing.
[0079]
More specifically, the reflecting mirror driving system 10 according to the fourth embodiment includes an attenuator 90 connected to the reflecting mirror 2. In addition, the reflecting mirror driving system 10 includes an attenuator driving device 91 for driving the attenuator 90. Further, the reflecting mirror drive control device 20 includes an attenuator drive control unit 92. The attenuator drive control unit 92 controls the attenuator drive device 91.
[0080]
Further, the position compensation unit 93 in the reflecting mirror drive control device 20 obtains the difference between the target angular position instructed by the command signal CMD and the actual angular position REAL as the position error ERR, and the calculated position error ERR After multiplying by a predetermined gain ω, the speed operation amount Δθ is obtained by adding the multiplication result and the integration result obtained by multiplying the multiplication result by the integral gain, and the obtained speed operation amount Δθ is obtained as a speed loop. This is given to the unit 94. The speed loop unit 94 performs speed compensation for the speed operation amount Δθ.
[0081]
Further, the position compensation unit 93 gives the position error ERR to the attenuator drive control unit 92 when the position error ERR is obtained. Based on this position error ERR, the attenuator drive control unit 92 controls the attenuator driving device 91 according to whether or not the reflecting mirror 2 has reached the vicinity of the target angular position. More specifically, the attenuator drive control unit 91 determines whether or not the position error ERR is less than a predetermined determination amount d.
[0082]
If the position error ERR is not less than the determination amount d, the reflecting mirror 2 has not reached the vicinity of the target angle position, so the attenuator drive control unit 92 sets the attenuation characteristic of the reflecting mirror 2 to the first characteristic. The attenuator driving device 91 is controlled. Here, the first characteristic is a characteristic in which the speed operation amount of the reflecting mirror 2 is relatively large, and is a characteristic that draws a relatively steep curve on the attenuation characteristic graph. The attenuator driving device 91 operates the attenuator 90 according to the control of the attenuator drive control unit 92. As a result, the reflecting mirror 2 is displaced according to the first characteristic by the action of the attenuator 90. In other words, the reflecting mirror 2 is displaced relatively fast.
[0083]
On the other hand, if the position error ERR is less than the determination amount d, the reflecting mirror 2 has reached the vicinity of the target angle position, so the attenuator drive control unit 92 has the attenuation characteristic of the reflecting mirror 2 as the second characteristic. Thus, the attenuator driving device 91 is controlled. Here, the second characteristic is a characteristic in which the speed operation amount of the reflecting mirror 2 is smaller than the first characteristic, and is a characteristic that draws a relatively gentle curve on the attenuation characteristic graph. The attenuator driving device 91 operates the attenuator 90 according to the control of the attenuator drive control unit 92. As a result, the reflecting mirror 2 is displaced according to the second characteristic by the action of the attenuator 90. In other words, the reflecting mirror 2 is displaced relatively slowly.
[0084]
As described above, according to the fourth embodiment, the reflecting mirror 2 is displaced at a relatively high speed until the vicinity of the target angular position is reached, and the reflecting mirror 2 is relatively moved after reaching the vicinity of the target angular position. Displace slowly. Therefore, the movement time between the two celestial bodies A and B of the reflecting mirror 2 can be shortened. Therefore, the observation efficiency can be improved.
[0085]
Other embodiments
The description of the embodiment of the present invention is as described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the above embodiment, the position compensation unit executes the position compensation process with software. However, for example, the position compensation unit may be configured by hardware including a control circuit, and the position compensation process may be executed in hardware.
[0086]
Moreover, in the said embodiment, the case where this invention is applied to the radio telescope 1 is taken as an example. However, the present invention can be easily applied to any tracking device that tracks a tracking target by receiving radio waves such as an antenna.
[0087]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the drive control of the reflecting mirror is switched depending on whether or not the vicinity of the target angle position has been reached. Travel time can be shortened. Therefore, when observing the tracking target according to the present invention, the observation efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of a radio telescope according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the radio telescope.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between a command signal and the actual angular position of the reflecting mirror.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a relationship between a reflecting mirror and two celestial bodies in an azimuth plane.
FIG. 5 is a flowchart for explaining position compensation processing;
FIG. 6 is a graph showing the magnitude of gain.
FIG. 7 is a graph for explaining a steady-state deviation.
FIG. 8 is a block diagram showing an internal configuration of a radio telescope according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart for explaining position compensation processing according to the second embodiment;
FIG. 10 is a graph for explaining the effect of the second embodiment.
FIG. 11 is a conceptual diagram showing a configuration of a drive apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram showing an internal configuration of a radio telescope according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing a relationship between a conventional command signal and an actual angular position.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Radio telescope, 2 Reflective mirror, 10 Reflective mirror drive system, 11 Command control apparatus, 20 Reflective mirror drive control apparatus, 22, 51, 93 Position compensation part, 30 Drive apparatus, 40 Angle detection apparatus, 60 High speed drive part, 70 Low speed drive unit.

Claims (7)

電波を受信する反射鏡を駆動するための駆動装置を制御する装置において、現角度位置から目標角度位置までステップ状に変化する変位指示を受けた場合に、目標角度位置近傍に達するまでは、目標角度位置と反射鏡の実角度位置との差に基づきオーバーシュートが発生しないI型制御処理により上記反射鏡を駆動し、目標角度位置近傍に達した後は、目標角度位置と反射鏡の実角度位置との差に基づき定常偏差が生じないII型制御処理により上記反射鏡を駆動することを特徴とする反射鏡駆動制御装置。  In a device that controls a driving device for driving a reflecting mirror that receives a radio wave, when receiving a displacement instruction that changes stepwise from the current angular position to the target angular position, the target until the vicinity of the target angular position is reached. Based on the difference between the angular position and the actual angle position of the reflecting mirror, the reflecting mirror is driven by an I-type control process in which overshoot does not occur, and after reaching the vicinity of the target angle position, the target angle position and the actual angle of the reflecting mirror are reached. A reflecting mirror drive control device, wherein the reflecting mirror is driven by a type II control process in which a steady deviation does not occur based on a difference from a position. 請求項1において、
上記I型制御処理は、目標角度位置と反射鏡の実角度位置との差に第1ゲインを乗じ、当該乗算結果を積分することなしに第1速度操作量を求めるものであり、
上記II型制御処理は、目標角度位置と反射鏡の実角度位置との差に第2ゲインを乗じ、当該乗算結果を積分することにより第2速度操作量を求めるものであることを特徴とする反射鏡駆動制御装置。
In claim 1,
The I-type control process is to obtain the first speed manipulated variable without multiplying the difference between the target angular position and the actual angular position of the reflector by the first gain and integrating the multiplication result.
The type II control process is characterized in that the second speed manipulated variable is obtained by multiplying the difference between the target angular position and the actual angular position of the reflector by the second gain and integrating the multiplication result. Reflector drive control device.
請求項2において、
上記I型制御処理の終了後であって上記II型制御処理の開始前に、上記I型制御処理により求まる上記第1速度操作量と上記II型制御処理により求まる第2速度操作量との間の速度操作量により上記反射鏡を駆動する補間処理を行うことを特徴とする反射鏡駆動制御装置。
In claim 2,
After the end of the type I control process and before the start of the type II control process, between the first speed manipulated variable determined by the type I control process and the second speed manipulated variable determined by the type II control process. And a mirror driving control device for performing an interpolation process for driving the mirror according to the speed operation amount.
電波を受信する反射鏡を駆動するための駆動装置を制御する装置において、
現角度位置から目標角度位置までステップ状に変化する変位指示を受け付ける受付手段と、
この受付手段により受け付けられた変位指示により指示されている目標角度位置と反射鏡の実角度位置との差である位置誤差を検出する位置誤差検出手段と、
この位置誤差検出手段により検出された位置誤差に基づいて反射鏡が目標角度位置近傍に到達したか否かを判定する判定手段と、
この判定手段により反射鏡が目標角度位置近傍に到達していないと判定された場合に、上記位置誤差検出手段により検出された位置誤差に基づいて、オーバーシュートが発生しない第1速度操作量で反射鏡が変位するように上記駆動装置を制御し、上記判定手段により反射鏡が目標角度位置近傍に到達したと判定された場合に、上記位置誤差検出手段により検出された位置誤差に基づいて、上記第1速度操作量よりも大きく定常偏差が生じない第2速度操作量で反射鏡が変位するように上記駆動装置を制御する制御手段とを含み、
上記第1速度操作量は、目標角度位置と反射鏡の実角度位置との差に第1ゲインを乗じ、当該乗算結果を積分せずに求めるものであり、
上記第2速度操作量は、目標角度位置と反射鏡の実角度位置との差に第2ゲインを乗じ、当該乗算結果を積分して求めるものであることを特徴とする反射鏡駆動制御装置。
In a device for controlling a driving device for driving a reflecting mirror that receives radio waves,
Receiving means for receiving a displacement instruction that changes stepwise from the current angle position to the target angle position;
Position error detecting means for detecting a position error which is a difference between the target angle position indicated by the displacement instruction received by the receiving means and the actual angle position of the reflecting mirror;
Determining means for determining whether or not the reflecting mirror has reached the vicinity of the target angular position based on the position error detected by the position error detecting means;
When it is determined by the determination means that the reflecting mirror has not reached the vicinity of the target angular position, reflection is performed with the first speed operation amount that does not cause overshoot based on the position error detected by the position error detection means. Based on the position error detected by the position error detection means when the driving device is controlled so that the mirror is displaced, and the determination means determines that the reflecting mirror has reached the vicinity of the target angular position, Control means for controlling the drive device so that the reflecting mirror is displaced by a second speed operation amount that does not produce a steady deviation larger than the first speed operation amount;
The first speed operation amount is obtained by multiplying the difference between the target angular position and the actual angular position of the reflecting mirror by the first gain and integrating the multiplication result.
2. The reflector driving control device according to claim 1, wherein the second speed operation amount is obtained by multiplying a difference between the target angular position and the actual angular position of the reflector by a second gain and integrating the multiplication result.
電波を受信する反射鏡を駆動する駆動システムにおいて、
モータにより発生された駆動力を相対的に低ギア比で上記反射鏡に伝達する高速駆動部と、
モータにより発生された駆動力を相対的に高ギア比で上記反射鏡に伝達する低速駆動部と、
現角度位置から目標角度位置までステップ状に変化する変位指示を受け付ける受付手段、この受付手段により受け付けられた変位指示で指示された目標角度位置と反射鏡の実角度位置との差である位置誤差を検出する位置誤差検出手段、この位置誤差検出手段により検出された位置誤差に基づいて反射鏡が目標角度位置近傍に到達したか否かを判定する判定手段、および、この判定手段により反射鏡が目標角度位置近傍に到達していないと判定された場合、上記位置誤差に応じた速度操作量に従って上記高速駆動部を動作させ、上記判定手段により反射鏡が目標角度位置近傍に到達したと判定された場合、上記位置誤差に応じた速度操作量に従って上記低速駆動部を動作させる制御手段を有し、
上記低速駆動部は、モータにより発生された駆動力をアンチバックラッシ駆動方式により上記反射鏡に伝達するものであり、上記高速駆動部は、モータにより発生された駆動力をバックラッシ駆動方式により上記反射鏡に伝達するものであることを特徴とする反射鏡駆動システム。
In a drive system that drives a reflector that receives radio waves,
A high-speed drive unit that transmits the driving force generated by the motor to the reflecting mirror with a relatively low gear ratio;
A low-speed drive unit that transmits the driving force generated by the motor to the reflecting mirror at a relatively high gear ratio;
Acceptance means for accepting a displacement instruction that changes stepwise from the current angle position to the target angle position, and a position error that is the difference between the target angle position indicated by the displacement instruction accepted by the acceptance means and the actual angle position of the reflector A position error detecting means for detecting the position error, a determining means for determining whether or not the reflecting mirror has reached the vicinity of the target angle position based on the position error detected by the position error detecting means, and the determining means When it is determined that the vicinity of the target angle position has not been reached, the high-speed drive unit is operated according to the speed operation amount corresponding to the position error, and the determination means determines that the reflector has reached the vicinity of the target angle position. A control means for operating the low-speed drive unit according to the speed operation amount corresponding to the position error,
The low-speed drive unit transmits the driving force generated by the motor to the reflecting mirror by an anti-backlash driving method, and the high-speed driving unit transmits the driving force generated by the motor by the backlash driving method. Reflector driving system characterized by being transmitted to the mirror.
請求項5において、上記制御手段は、
上記判定手段により反射鏡が目標角度位置近傍に到達していないと判定された場合、上記位置誤差に対して第1ゲインを乗じることにより第1速度操作量を演算し、その演算結果に従って上記高速駆動部を動作させ、
上記判定手段により反射鏡が目標角度位置近傍に到達したと判定された場合、上記位置誤差に対して第2ゲインを乗じた後に当該乗算結果と当該乗算結果に積分ゲインを乗じて積分した積分結果とを加算することにより第2速度操作量を演算し、その演算結果に従って上記低速駆動部を動作させることを特徴とする反射鏡駆動システム。
In claim 5 , the control means includes:
When it is determined by the determination means that the reflecting mirror has not reached the vicinity of the target angular position, a first speed operation amount is calculated by multiplying the position error by a first gain, and the high speed is calculated according to the calculation result. Operate the drive,
When it is determined by the determination means that the reflecting mirror has reached the vicinity of the target angular position, an integration result obtained by multiplying the position error by a second gain and then multiplying the multiplication result and the multiplication result by an integral gain is integrated. A second mirror operation amount is calculated by adding the two and the low-speed drive unit is operated according to the calculation result.
請求項5または6において、上記制御手段は反射鏡の減衰特性を可変制御することを特徴とする反射鏡駆動システム。 7. The reflector driving system according to claim 5, wherein the control means variably controls the attenuation characteristic of the reflector.
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