一种调焦机构的电子学仿真测试系统技术方案

本发明专利技术涉及一种调焦机构的电子学仿真测试系统，包括依次连接的功率仿真模块、信号采集模块、信号处理模块、工控机和上位机；功率仿真模块用于将接入驱动器输出端的电缆分为步进电机驱动信号及编码器与霍尔信号，以及步进电机功率仿真模拟；信号采集模块用于实时采集仿真模拟后输出的模拟驱动信号；信号处理模块用于计算模拟驱动信号的占空比，并记录步进电机运动步数，以及生成并输出编码器及霍尔信号至控制器；工控机用于完成信号处理模块与上位机之间的数据交互与控制；上位机用于远程访问工控机采集、处理后的数据结果，设置参数、工作模式等。本发明专利技术对不同型号的调焦机构电接口测试具有较强的可靠性、通用性和可维护性，应用价值较高。

【技术实现步骤摘要】
一种调焦机构的电子学仿真测试系统
本专利技术涉及调焦机构
，特别涉及一种空间调焦机构的电子学仿真测试系统。
技术介绍
调焦机构尤其是空间光学载荷的调焦机构，在当今军事、科技、气象等领域起着至关重要的作用。空间光学载荷通过搭载卫星等航天器步入特定轨道，可对地面、宇宙深空进行目标探测，在地面运控中心的控制下，将科学数据下传到地面接收站，用以科学数据分析。随着航天技术的飞速发展，空间光学载荷应用越来越广泛，获得清晰、完整的图像数据也成为科研工作者的主要需求。由于空间光学载荷在运输和发射时受到的震动影响，以及在轨工作时复杂多变的温度、微重力环境，致使光学载荷相机成像面与焦面偏离，即产生不同程度离焦，导致成像质量下降；此外某些光学系统需要在轨完成不同光学模块切换与主动调焦功能，因此空间光学载荷需要调焦机构来完成上述功能同时获得高质量图像数据。图1所示为目前调焦机构的主要结构示意图，如图1所示，调焦机构通常由驱动器、控制器、步进电机、霍尔传感器、编码器和运动组件等组成，调焦机构还可以包括调整台等。空间光学载荷调焦时，由运控软件向控制器设定调焦机构位置信息，控制器根据当前编码器返回值计算调焦机构各支腿步进电机调整量，通过控制驱动器产生驱动信号，使步进电机带动运动组件运动，直至到达既定位置。因此空间光学载荷在轨运行过程中，调焦机构的可靠性对获取科学数据产生至关重要的影响。为确保空间光学载荷的性能，空间光学载荷从研制到正式发射，通常需要经过电接口测试、桌面联试、电性测试、力学试验测试、热真空试验验证、电磁兼容性测试、发射场区技术测试等多次仿真测试工作，其中首先进行的是电接口测试，为防止电接口测试时各载荷硬件接口及协议不匹配，或控制、通讯信号错误导致调焦机构或其他设备损坏，因此，需要采用一套仿真测试系统，代替真实调焦机构的步进电机、运动组件、编码器、霍尔传感器及其他精密设备，参与电接口阶段联试。
技术实现思路
基于此，有必要针对空间光学载荷电接口测试过程中容易存在载荷硬件接口及协议与调焦机构不匹配以及容易导致调焦机构或其他设备损坏的问题，提出一种调焦机构的电子学仿真测试系统，通过电子学仿真测试系统代替真实的调焦机构中步进电机、霍尔传感器、编码器、运动组件等设备参与载荷主体电接口测试，从而验证调焦机构与控制器之间的闭环控制功能，该电子学仿真测试系统对不同型号的调焦机构电接口测试均具有较强的可靠性、通用性和可维护性，应用价值较高。为解决上述问题，本专利技术采取以下技术方案：一种调焦机构的电子学仿真测试系统，所述系统包括依次连接的功率仿真模块、信号采集模块、信号处理模块、工控机和上位机，所述功率仿真模块与调焦机构的驱动器输出端连接，所述信号处理模块与调焦机构的控制器输入端连接；所述功率仿真模块，用于将接入所述驱动器输出端的电缆分为步进电机驱动信号及编码器与霍尔信号，以及利用所述步进电机驱动信号对调焦机构的步进电机功率进行仿真模拟；所述信号采集模块，用于实时采集所述功率仿真模块对步进电机功率进行仿真模拟后输出的模拟驱动信号；所述信号处理模块，用于计算所述模拟驱动信号的占空比，并根据所述模拟驱动信号的占空比变化规律记录步进电机运动步数，以及根据所述编码器与霍尔信号和所述控制器的接口协议要求生成并输出编码器及霍尔信号至所述控制器；所述工控机，用于完成所述信号处理模块与所述上位机之间的数据交互与控制；所述上位机，用于远程访问所述工控机采集、处理后的数据结果，设置仿真系统初始参数及工作模式，以及实时显示步进电机运动步数、编码器角度、霍尔传感器信号状态和调焦机构三维姿态角度。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提出一种调焦机构的电子学仿真测试系统，通过仿真测试系统代替真实的调焦机构参与载荷主体电接口测试，极大地降低了真实的调焦机构的测试风险，保障空间光学载荷测试、研制任务的良好开展，通过电子学仿真测试系统提前发现、定位调焦机构的驱动器、控制器存在的问题，节省大量时间、人力、财力成本，本专利技术极大地降低了电接口联试期间调焦机构控制器及其他组件的风险，同时实现完整可靠地验证控制器的闭环功能，大大提高了调焦机构的测试效率，降低调焦机构的研制周期及研制成本。本专利技术对于光学领域空间光学载荷的调焦机构的电子学性能测试具有十分重要的意义，同时，本专利技术也可以应用于其他领域调焦机构的测试中，如六自由度机器人、调整台等。附图说明图1为现有技术中调焦机构的主要结构示意图；图2为本专利技术一个实施例中调焦机构的电子学仿真测试系统的结构示意图；图3为信号处理单元的原理图；图4为本专利技术调焦机构的电子学仿真测试系统的工作流程图；图5为霍尔仿真单元的原理图；图6为本专利技术一个具体实施方式中调焦机构的电子学仿真测试系统的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。在一个实施例中，如图2所示，本专利技术提供一种调焦机构的电子学仿真测试系统，该系统包括功率仿真模块、信号采集模块、信号处理模块、工控机、上位机以及网线、电缆等，其中功率仿真模块、信号采集模块、信号处理模块、工控机和上位机依次连接，并且功率仿真模块与调焦机构的驱动器输出端连接，信号处理模块与调焦机构的控制器输入端连接。本实施例的电子学仿真测试系统用于对调焦机构进行仿真，调焦机构可以为光学领域的六自由度调焦机构，也可以为其他领域的调焦机构，如六自由度机器人、调整台等。以六自由度调焦机构为例，本实施例的电子学仿真测试系统仿真的内容包括：6个步进电机，12个霍尔传感器，6个编码器。六自由度调焦机构的电机驱动、控制器及供电电源共同构成被测系统，本实施例的电子学仿真测试系统用于对被测系统进行仿真测试。具体地，功率仿真模块用于将接入驱动器输出端的电缆分为步进电机驱动信号及编码器与霍尔信号，功率仿真模块还用于利用步进电机驱动信号对调焦机构的步进电机功率进行仿真模拟。可选地，功率仿真模块包括功率仿真单元和电缆转接单元，其中功率仿真单元包括电阻与电感串联电路，电阻与电感串联电路采用串联的方式接入步进电机驱动信号，功率仿真单元通过电阻、电感串联方式，按照步进电机接线方式近似模拟步进电机电枢工作特性，消耗功率，对步进电机功率进行仿真，其中电阻与电感串联电路中电阻的电阻值与电感的电感值采用近似真实步进电机的参数，例如电阻可以采用25Ω黄金铝壳电阻，电感可以采用电感值为15mH的电感，电阻与电感串联电路采用串联的方式接入步进电机驱动信号，近似模拟消耗步进电机功率；电缆转接单元包括若干个电缆接插件，电缆接插件将接入驱动器输出端的电缆分为输入信号(即步进电机驱动信号)及输出信号(即编码器与霍尔信号)，输入信号直接接入功率仿真单元完成功率仿真功能，输出信号则通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调焦机构的电子学仿真测试系统，其特征在于，包括依次连接的功率仿真模块、信号采集模块、信号处理模块、工控机和上位机，所述功率仿真模块与调焦机构的驱动器输出端连接，所述信号处理模块与调焦机构的控制器输入端连接；/n所述功率仿真模块，用于将接入所述驱动器输出端的电缆分为步进电机驱动信号及编码器与霍尔信号，以及利用所述步进电机驱动信号对调焦机构的步进电机功率进行仿真模拟；/n所述信号采集模块，用于实时采集所述功率仿真模块对步进电机功率进行仿真模拟后输出的模拟驱动信号；/n所述信号处理模块，用于计算所述模拟驱动信号的占空比，并根据所述模拟驱动信号的占空比变化规律记录步进电机运动步数，以及根据所述编码器与霍尔信号和所述控制器的接口协议要求生成并输出编码器及霍尔信号至所述控制器；/n所述工控机，用于完成所述信号处理模块与所述上位机之间的数据交互与控制；/n所述上位机，用于远程访问所述工控机采集、处理后的数据结果，设置仿真系统初始参数及工作模式，以及实时显示步进电机运动步数、编码器角度、霍尔传感器信号状态和调焦机构三维姿态角度。/n

【技术特征摘要】
1.一种调焦机构的电子学仿真测试系统，其特征在于，包括依次连接的功率仿真模块、信号采集模块、信号处理模块、工控机和上位机，所述功率仿真模块与调焦机构的驱动器输出端连接，所述信号处理模块与调焦机构的控制器输入端连接；
所述功率仿真模块，用于将接入所述驱动器输出端的电缆分为步进电机驱动信号及编码器与霍尔信号，以及利用所述步进电机驱动信号对调焦机构的步进电机功率进行仿真模拟；
所述信号采集模块，用于实时采集所述功率仿真模块对步进电机功率进行仿真模拟后输出的模拟驱动信号；
所述信号处理模块，用于计算所述模拟驱动信号的占空比，并根据所述模拟驱动信号的占空比变化规律记录步进电机运动步数，以及根据所述编码器与霍尔信号和所述控制器的接口协议要求生成并输出编码器及霍尔信号至所述控制器；
所述工控机，用于完成所述信号处理模块与所述上位机之间的数据交互与控制；
所述上位机，用于远程访问所述工控机采集、处理后的数据结果，设置仿真系统初始参数及工作模式，以及实时显示步进电机运动步数、编码器角度、霍尔传感器信号状态和调焦机构三维姿态角度。


2.根据权利要求1所述的调焦机构的电子学仿真测试系统，其特征在于，所述功率仿真模块包括功率仿真单元和电缆转接单元；
所述功率仿真单元包括电阻与电感串联电路，所述电阻与电感串联电路采用串联的方式接入所述步进电机驱动信号；
所述电缆转接单元包括若干个电缆接插件，所述电缆接插件将接入所述驱动器输出端的电缆分为步进电机驱动信号及编码器与霍尔信号，所述编码器与霍尔信号通过连接器与所述信号处理模块连接。


3.根据权利要求1或2所述的调焦机构的电子学仿真测试系统，其特征在于，所述信号采集模块包括若干个光电耦合器及信号采集板卡，且所述光电耦合器的响应频率大于所述模拟驱动信号的调制频率。


4.根据权利要求1或2所述的调焦机构的电子学仿真测试系统，其特征在于，所述信号处理模块包括信号处理单元、编码器仿真单元和霍尔仿真单元；
所述信号处理单元通过高速时钟信号对接收到的所述模拟驱动信号高低电平计数，计算所述模拟驱动信号每个周期的占空比，记录步进电机运动步数，并判断占空比变化规律是否满足步进电机相序表，若是，则由所述编码器仿真单元和所述霍尔仿真单元根据所述编码器与霍尔信号分别模拟生成编码器信号和霍尔信号并输出至所述控制器；若否，则通过所述工控机向所述上位机发送错误信息。


5.根据权利要求4所述的调焦机构的电子学仿真测试系统，其特征在于，
所述编码器仿真单元模拟生成编码器信号后，编码器信号数据暂存到硬件缓存中，当所述编码器仿真单元接收到所述控制器的时钟信号后，所述编...

【专利技术属性】
技术研发人员：于思博，张宁，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22