JP4471988B2

JP4471988B2 - 回転架台の駆動制御方法

Info

Publication number: JP4471988B2
Application number: JP2007087809A
Authority: JP
Inventors: 真遠藤; 昇伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008250413A

Description

この発明は、例えば、大型パラボラアンテナや大口径の天体観測用望遠鏡等の指向装置が搭載され、主駆動機構と補助駆動機構とを備えてなる回転架台の駆動制御方法に関するものである。

従来の、アンテナ等の指向装置が搭載された回転架台の制御方法として、例えば、方向が既知の目標をアンテナで捕捉したときに回転台が出力する検出角度データと、あらかじめ記憶しておいた前記既知の目標の方向のデータとの差から回転台の機構製作誤差に基づく形状誤差データを求め、指令値をこの形状誤差データで補正することによって、形状誤差を有する回転台でも、誤差のない理想的な回転台と同様に駆動可能とした制御方法及び制御装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

上記の回転台の制御方法には詳細は記載されていないが、例えば、高い駆動精度が要求される大型パラボラアンテナ等を搭載する回転架台の回転軸の駆動系では、主たる駆動系に加えて、下記（１）又は（２）のような目的で、補助駆動系を備えることがある。
（１）主駆動系の起動前に角度検出器の原点を通過させ、駆動原点の位置を検出する。
（２）主駆動系の起動前に、補助駆動系によって回転架台を回転させ、補助駆動モータの電流値の変化から回転軸周りのアンバランスモーメントを検出し、回転軸周りのバランスを調整する。

上記のような目的で、主駆動系と補助駆動系を備えた従来の回転架台の制御方法を図に基づいて簡単に説明する。図５は、その機械系の構成を示し、図６は制御系の構成を示すものである。
図５において、例えばアンテナ等の指向装置を有する回転構造部３１が図示しない架台に搭載されて回転軸３２を中心として回転する。回転軸３２には回転構造部３１と共に回転するギヤ３３が固着されている。ギヤ３３には、主駆動モータ３４、減速機３５、主駆動用ピニオン３６を有する主駆動機構と、補助駆動モータ３７、減速機３８、補助駆動用ピニオン３９を有する補助駆動機構が連結されている。そして、ギヤ３３の回転角度を検出する角度検出器４０が回転軸３２に設けられており、また、補助駆動機構側にも、補助駆動用ピニオン３９に、歯車を用いて構成した減速機構４１を介して角度検出器４２が設けられている。この減速機構４１によって両角度検出器４０，４２の回転角度が等しくなるように構成されている。

制御方法は、図６に示すように、主駆動系及び補助駆動系の各制御部４３，４４に対して駆動指令値を入力すると、主駆動系では、角度検出器４０からの出力信号がフィードバック処理部４５で処理されてフィードバックされ、主駆動系指令値が算出されて出力される。一方、補助駆動系には角度検出器４２からの出力信号がフィードバック処理部４６を経由してフィードバックされ、補助駆動系指令値が算出されて出力されるようになっている。

特開２００３−１８６５４２号公報（第２頁、図１−図３）

特許文献１に示すような回転架台の制御方法によれば、形状誤差を有する回転台に対して、形状誤差を考慮せずに指令値を与えても、形状誤差が補正されて正確に制御できるという効果を有するが、前述のように、アンテナ等の指向装置を効率よく制御するために、主駆動系に加えて補助駆動系を備えた場合には、上記のような形状誤差以外にも制御精度を阻害する要因が存在する。
すなわち、１つの回転軸に対して、主系（主駆動）と従系（補助駆動）の複数の駆動系を持つ場合、従系（補助駆動）の駆動が主系（主駆動）に対しては外乱となり、回転駆動における指向精度悪化の要因となるという問題点があった。

主駆動系が起動した後では、補助駆動系は主駆動系に外乱を与えることなく追従して駆動するのが望ましい。図５に示すような従来の装置の構成では、補助駆動系の角度検出器４２が、歯車を用いて構成した減速機構４１を介して補助駆動用ピニオン３９に結合されているので、歯車のバックラッシ等による誤差が生じ、補助駆動系の角度を精度良く検出することが難しい。このため、ギヤ３３と補助駆動用ピニオン３９とを完全に同期させるのが難しく、補助駆動系の駆動力が主駆動系への外乱となって、回転架台を精度良く回転制御するのが難しいという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、回転軸の駆動源として主駆動系と補助駆動系とを有する回転架台の制御方法において、簡単な構成で補助駆動系の角度を精度良く検出することにより、回転架台を精度良く駆動制御できる回転架台の駆動制御方法を得ることを目的とする。

この発明に係わる回転架台の駆動制御方法は、指向装置が搭載され仰角又は方位角方向へ回転可能な回転構造部と、ギヤを有し回転構造部の回転中心に固着された回転軸と、回転構造部を指令した方向に駆動させる主駆動機構と、ギヤに噛み合うピニオン及びそのピニオンを駆動させる補助駆動モータを有し主駆動機構による駆動に先立ち回転構造部を駆動させて調整を行う補助駆動機構と、を備えた回転架台の駆動制御方法において、主駆動機構によって回転構造部を回転駆動させるとき、回転軸に直結した第１の角度検出器からの出力信号と、ピニオンの軸に直結した第２の角度検出器からの出力信号とから、補助駆動モータの回転を補正する補正値を算出し、補正値によって補正しながら補助駆動モータを回転させて、補助駆動機構の駆動力が主駆動機構の回転駆動の外乱とならないように制御するものである。

この発明の回転架台の駆動制御方法によれば、主駆動機構によって回転構造部を回転駆動させるとき、第１の角度検出器からの出力信号と第２の角度検出器からの出力信号とから補正値を算出し、補正値によって補正しながら補助駆動モータを回転させて、補助駆動機構の駆動力が主駆動機構の回転駆動の外乱とならないように制御するようにしたので、主駆動機構による回転構造部の回転駆動において、補助駆動機構側からの外乱を排除した主駆動機構側の駆動力によって回転駆動させることができるため、簡単な構成で回転架台を精度良く駆動制御できる。

実施の形態１．
図１は実施の形態１による回転架台の駆動制御方法を説明するための機械系の主要構成を示す構成図であり、図２は図１の構成を適用した装置の一例を示す概略構成図である。また、図３は図１の制御系の説明図である。
図１において、例えば、大型パラボラアンテナや大口径の天体観測用望遠鏡等（以下これらを指向装置と呼ぶ）が搭載される回転架台は、指向装置が一体に組み込まれた回転構造部１と、回転構造部１の回転中心となる回転軸２と、回転軸２に固着されて回転軸２と共に回動するギヤ３と、ギヤ３を駆動させるために、主駆動モータ４、減速機５、主駆動用ピニオン６を有する主駆動機構７と、補助駆動モータ８、減速機９、補助駆動用ピニオン１０を有する補助駆動機構１１と、回転軸２に直結されてギヤ３の回転角度を検出する第１の角度検出器１２と、補助駆動用ピニオン１０の軸に直結されて補助駆動用ピニオン１０の回転角度を検出する第２の角度検出器１３とを有している。
なお、以下の説明で、主駆動機構７による駆動系統を主駆動系、補助駆動機構１１による駆動系統を補助駆動系と呼ぶことにする。

制御方法を説明する前に、図１のような主駆動系と補助駆動系を有する回転架台に指向装置を搭載したときの実際の動作を図に基づいて説明する。図２は、一例として、回転架台に指向装置として大口径の天体観測用望遠鏡を搭載した場合の概略構成図あり、説明に必要な要部のみを示している。
水平に固定された水平架台１４上に、主反射鏡１５と副反射鏡１６を有する鏡筒１７が、その回転軸１８を中心に仰角α方向に回動自在に軸支されて搭載されている。回転軸１８にはセクターギヤ１９が一体に連結され、このセクターギヤ１９に主駆動用ピニオン２０と補助駆動用ピニオン２１とが噛合されており、それらのピニオンを駆動する駆動モータ（図示せず）を駆動源として、鏡筒１７を仰角α方向に回動させるようになっている。また、水平架台１４にはＡＺ回転軸２２の軸周りに回転する水平回転駆動装置（図示せず）が備えられている。図１と対比したとき、回転軸１８は回転軸２に，セクターギヤ１９はギヤ３に、主駆動用ピニオン２０は主駆動用ピニオン６に、補助駆動用ピニオン２１は補助駆動用ピニオン１０に対応するものである。

背景技術の項で説明したように、主駆動系以外に補助駆動系を設けているのは、主駆動系の起動前に角度検出器の原点を通過させて駆動原点の位置を検出したり、また、主駆動系の起動前に補助駆動系によって鏡筒等の指向装置を有する回転構造部を回転させ、補助駆動モータの電流値の変化を監視することによって、回転軸周りのアンバランスモーメントを検出し、回転軸周りのバランスを調整するためのものである。従って、補助駆動系は負荷容量が大きいが精度はあまり厳しく要求されなく、逆に、主駆動系は負荷容量は補助駆動系に比べて小さくてよいが高い精度が要求されるものである。

主駆動系によってできるだけ精度良く駆動するためには、主駆動系が起動した後は、補助駆動系が主駆動系に外乱を与えることなく追従して駆動することが必要となる。このためには、図２中の部分拡大図に示すように、補助駆動用ピニオン２１をセクターギヤ１９に触れさせないように回転制御すればよい。本実施の形態の発明では、図１で説明したように、補助駆動系の角度検出器１３を補助駆動用ピニオン１０の軸に直結しているので、角度検出器部の減速機構によるバックラッシの影響は考慮する必要はなく、主駆動系によるセクターギヤ１９の回転に補助駆動用ピニオン２１の回転を正確に同期させればよいことになる。

そこで、以下にこのための制御方法を図３及び図４に基づいて説明する。なお、補助駆動系による回転構造部１の調整作業は終了しているものとする。
回転構造部１を目標方向に指向させるために、回転架台の制御装置（図示せず）の制御部に、回転構造部１に対する駆動指令値を入力する。図３において、駆動指令値が主駆動系と補助駆動系の制御部２３，２４に入力されると、主駆動系では、角度検出器１２からの出力信号がフィードバック処理部２５に入力されてフィードバックされ、制御部２３で主駆動系への指令値が算出されて、主駆動系指令値として出力され、主駆動モータ４が駆動される。

補助駆動系への補助駆動指令値は下記の方法で補正値が算出されて補正される。
ギヤ３と補助駆動用ピニオン１０の速度比をｎ、主駆動系側の角度検出器１２の出力信号から算出される角度をθｍ、補助駆動系側の角度検出器１３の出力信号から算出される角度をθｓとし、上記主駆動系側の角度θｍから算出される、補助駆動系側角度の理論値をθｓ_０とすると、θｍとθｓ_０の関係は、式（１）のようになる。
θｓ_０＝ｎ×θｍ・・・・・・・・・・・・・・・・（１）

しかし、実際は、補助駆動系の角度検出器１３は、１回転（２π）する毎に出力が０（原点）に戻るため、主駆動系側の角度θｍと補助駆動系側角度の理論値θｓ_０の関係を図で示せば、図４のような関係になる。

そこで、式（１）のθｓ_０を２πで除した余りをθｒｓ_０とすると、θｒｓ_０は式（２）のように表すことができる。
θｒｓ_０＝ＭＯＤ（θｓ_０，２π）・・・・・・・・・（２）
ここで、ＭＯＤ（Ａ，Ｂ）はＡをＢで除したあまりを返す関数である。

次に、補助駆動系に対する補正値を次のように求める。
Δθｓ_１＝θｒｓ_０−θｓ・・・・・・・・・・・・・（３）
すなわち、補助駆動用ピニオン１０の角度を、このΔθｓ_１だけ補正するように制御すれば、ギヤ３と補助駆動用ピニオン１０が完全に同期して駆動されることになる。但し、図４で説明したように、補助駆動系の角度検出器１２は、１回転（２π）する毎に原点に戻り検出角度がリセットされるので、上記θｒｓ_０とθｓのいずれかが原点を前後する場合が発生し、その場合は式（３）のみでは正確に計算できない。そこで更に、
Δθｓ_２＝（θｒｓ_０＋２π）−θｓ・・・・・・・・（４）
Δθｓ_３＝θｒｓ_０−（θｓ＋２π）・・・・・・・・（５）
として、式（３）〜式（５）を計算し、その絶対値が一番小さいものを補正値として採用する。
なお、補正方向は、絶対値をとる前の符号に従って、プラス方向かマイナス方向かを決めるようにする。

補助駆動系の制御を図２により説明すれば、主駆動系側の角度検出器１２からの出力信号と補助駆動系側の角度検出器１３からの主力信号とを補助駆動系側のフィードバック処理部２６に入力して上述の補正値を算出し、この補正値を用いて制御部２４で指令値を補正しながら、補助駆動系指令値として出力して、補助駆動モータ８を制御する。これにより、ギヤ３と補助駆動用ピニオン１０とを精度良く同期させることができ、両者の噛み合い部で歯を触れさせないように回転させることが可能となる。

なお、ギヤ３と主駆動用ピニオン６との間にもバックラッシが存在するので、必要に応じその対策がなされているが、本発明の主要部ではないので説明は省略する。
また、主駆動機構７は、主駆動モータ４と減速機５と主駆動用ピニオン６とで構成した場合を示したが、ピニオンとギヤの駆動によらず、例えば、主駆動機構として、ギヤに対し無接触で回転駆動させるリニアモータを設けて構成したものでも良い。
また、上記では、図２のように、指向装置を仰角方向に駆動させる回転構造部を備えた回転架台について説明したが、水平方向の方位角方向に駆動させる回転構造部を備えた回転架台、又は、仰角方向と方位角方向の両方に回転駆動させる回転構造部を備えた回転架台にも、同様に適用することができる。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、主駆動機構によって回転構造部を回転駆動させるとき、回転軸に直結した第１の角度検出器からの出力信号と、ピニオンの軸に直結した第２の角度検出器からの出力信号とから、補助駆動モータの回転を補正する補正値を算出し、補正値によって補正しながら補助駆動モータを回転させて、補助駆動機構の駆動力が主駆動機構の回転駆動の外乱とならないように制御するようにしたので、主駆動機構を起動して回転構造部を仰角又は方位角の指定方向へ回転させるとき、ギヤと補助駆動用ピニオンの同期が取れているため、両者の噛み合い部で歯が触れさせないように回転させることが可能となり、主駆動機構による駆動力が正確に回転構造部の回転軸に伝達されて回転駆動することができ、簡単な構成で回転架台を精度良く駆動制御できる。このため、指向精度の優れた回転架台を提供することができる。

この発明の実施の形態１による回転架台の駆動制御方法を説明するための機械系の主要構成を示す構成図である。図１の構成を適用した装置の一例を示す概略構成図である。図１に対応した制御系の説明図である。主駆動系側の角度θｍと、θｍから算出される補助駆動系側角度の理論値θｓ_０との関係を示す図である。従来の回転架台の駆動制御方法を説明するための機械系の主要構成を示す構成図である。図５に対応した制御系の説明図である。

符号の説明

１回転構造部２回転軸
３ギヤ４主駆動モータ
５，９減速機６主駆動用ピニオン
７主駆動機構８補助駆動モータ
１０補助駆動用ピニオン１１補助駆動機構
１２第１の角度検出器１３第２の角度検出器
１４水平架台１５主反射鏡
１６副反射鏡１７鏡筒
１８回転軸１９セクターギヤ
２０主駆動用ピニオン２１補助駆動用ピニオン
２２ＡＺ回転軸２３，２４制御部
２５、２６フィードバック処理部。

Claims

指向装置が搭載され仰角又は方位角方向へ回転可能な回転構造部と、
ギヤを有し前記回転構造部の回転中心に固着された回転軸と、
前記回転構造部を指令した方向に駆動させる主駆動機構と、
前記ギヤに噛み合うピニオン及びそのピニオンを駆動させる補助駆動モータを有し前記主駆動機構による駆動に先立ち前記回転構造部を駆動させて調整を行う補助駆動機構と、
を備えた回転架台の駆動制御方法において、
前記主駆動機構によって前記回転構造部を回転駆動させるとき、前記回転軸に直結した第１の角度検出器からの出力信号と、前記ピニオンの軸に直結した第２の角度検出器からの出力信号とから、前記補助駆動モータの回転を補正する補正値を算出し、前記補正値によって補正しながら前記補助駆動モータを回転させて、前記補助駆動機構の駆動力が前記主駆動機構の前記回転駆動の外乱とならないように制御することを特徴とする回転架台の駆動制御方法。