望远镜滚动摩擦传动正压力动态修正系统技术方案

望远镜滚动摩擦传动正压力动态修正系统，从动轮与主动轮组成摩擦副，加压电机通过滚珠丝杆螺母副和弹簧对主动轮施加正压力；特征是设有正压力控制机构，该机构中设有工控机，工控机上连接有数据采集卡；在从动轮上设有从动轮力矩传感器；在主动轮上设有主动轮力矩传感器；从动轮力矩传感器与主动轮力矩传感器的输出接工控机的数据采集卡；设置在加压电机上的码盘的数据线接工控机的数据采集卡，采集的数据反馈给控制系统，构成闭环控制系统。本发明专利技术能实时修正正压力的大小，避免摩擦传动系始终在大载荷下工作，降低了零部件性能要求，大幅度降低了成本；还避免了摩擦传动副表面滑移，进而避免了视场抖动或漂移以及轴系的晃动，提高了稳定性。

Dynamic correction system for positive pressure of telescope rolling friction drive

The telescope is rolling friction transmission pressure dynamic correction system, a driven wheel and a driving wheel friction, pressure exerted pressure on the motor is the driving wheel through the ball screw nut and the spring; feature is a positive pressure control mechanism is provided with the IPC mechanism, IPC is connected with a data acquisition card on the driven wheel; a driven wheel torque sensor; the driving wheel torque sensor is arranged on the driving wheel; data acquisition card output from the wheel torque sensor and the driving wheel torque sensor with IPC; set in the pressure on the motor encoder according to the number of data acquisition line IPC data acquisition card, feedback to the control system, closed loop control system. The invention can real-time correction of the size of the positive pressure, avoid friction transmission always work under the big load, reduces parts performance requirements, greatly reduce the cost; but also to avoid the friction transmission slip surface, and avoid the field shaking jitter or drift and improve the stability of shaft system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种天文望远镜上的继续装置，具体涉及一种望远镜滚动摩 擦传动正压力动态修正系统。通过采用这套修正系统，使得摩擦传动过程中 正压力能够随着负载的实际情况进行实时调整，并保证望远镜在外界干扰下 也能稳定工作。技术背景滚动摩擦传动是在正压力的作用下，主动轮通过正压力产生的摩擦力矩 带动从动轮旋转的。外圆滚动摩擦传动由于结构简单、没有空回、安装调试 及维护相对简单等原因在大型天文望远镜上得到了应用。但由于滚动摩擦传 动不同于齿轮传动、蜗轮蜗杆等机械啮合传动，传动刚性弱，对于一个已调 试好且工作正常的摩擦传动而言，在外界干扰下，如震动的传入、驱动负载 的突然变化等，会引起摩擦副之间运动不同步，也就是通常所说的摩擦副表 面之间的相对滑移，滑移的主要原因是驱动力矩和负载力矩之间的平#^皮打 破。这一问题在大型天文望远镜滚动摩擦驱动中尤为明显，因为大型天文望 远镜工作时需要打开天文圆顶，即望远镜在露天工作，而望远镜的承风面积 很大，风速的改变、风向的改变和望远镜在跟踪过程中承风面积的改变都会 引起相当大的驱动负载的变化，且这种变化是随机的。另外，运行过程中加 速度的改变也需要不同的驱动力矩与之对应。对于这一问题，天文上常用的 解决方法是按最恶劣的工作状况来计算所需的正压力大小。这样做的后果是摩擦副和传动轴系一直工作在很大的正压力下，为了能够承受很大的载 荷，摩擦副、旋转轴、支撑轴承等零部件的性能都要提高，增加了制造成本; 另外，以上这些零部件一直工作在很大的载荷下，加快了运动件的磨损，影 响轴系的稳定性。
技术实现思路
针对现有技术以上的不足，本专利技术的目的是提供一种望远镜滚动摩擦传 动正压力动态修正系统，该修正系统是一种实时检测和实时修正的动态系 统，根据实际的负载力矩实时调整正压力的大小，使得传动系统工作在最佳 状态。使望远镜的摩擦传动系统并不总是在最大的正压力下工作，在没有风， 或者风速较小，或者运行加速度不大的情况下可以实时根据实际情况减小其 工作压力，以降低其制造成本，延长其工作寿命。完成上述专利技术任务的技术方案是望远镜滚动摩擦传动正压力动态修正 系统，从动轮(被驱动负载)与主动轮在正压力的作用下贴合在一起组成摩 擦副，加压电机通过滚珠丝杆螺母副和弹簧对主动轮施加正压力(正压力的 改变通过弹簧的伸长或缩短完成；弹簧的伸长或缩短由滚珠丝杆螺母副带 动；滚珠丝杠由加压电机驱动)；其特征在于，设有正压力控制机构，该机构中设有工控机，工控机上连接有数据采集卡；在从动轮上设有从动轮力矩传感器；在主动轮上设有主动轮力矩传感器；从动轮力矩传感器与主动轮力矩传感器的输出接工控机的数据采集卡； 设置在加压电机上的码盘的数据线接工控机的数据采集卡(加压电机的运动情况由其尾部的码盘反馈)，采集的数据反馈给控制系统，构成闭环控 制系统。以上结构的工作原理是从动轮力矩传感器与主动轮力矩传感器的实时 输出接控制系统的数据采集卡，采集卡采集的实时数据经过控制系统解算 后，得到正压力加压电机所需的运动量，根据这一运动量控制系统驱动加压 电机运动。加压电机的运动情况由电机尾部的码盘进行反馈。加压电才几带动 滚珠丝杠旋转，与丝杆配的螺母由于旋转自由度被限制，所以只能作前后直 线运动，前后运动作用于弹簧就使得通过弹簧作用在主动轮上的正压力增大 或者减小，起到调节正压力的作用。进而修正了摩擦力矩，使得摩擦力矩与 负载力矩相平衡，构成闭环控制系统。以上方案的进一步改进，有以下优化方案1、 主动轮力矩传感器和从动轮力矩传感器的设置方式是主动轮力矩 传感器和从动轮力矩传感器分别与主动轮和从动轮同轴安装；2、 主动轮力矩传感器的设置位置是设置在驱动电机和主动轮连线的 主动轮一侧的延长线上；从动轮力矩传感器的设置位置是设置在从动轮位置编码器和从动轮连 线的从动轮一側的延长线上。即，主动轮力矩传感器不能串联在驱动电机和主动轮之间，而要联在另 一头，参见图1。同样，实时检测从动轮力矩的力矩传感器也不能串联在从 动轮位置编码器和从动轮之间，参见图1。否则，会带来类似于减速器的滞 后效应，影响摩擦传动的精度。3、 力矩波动动态修正系统的精度取决于各种传感器、反馈驱动单元和 控制系统。具体有实时检测力矩的力矩传感器精度、系统的定标精度、滚 珠丝杆运动精度、弹簧弹性系数K的稳定性以及驱动电机后面的编码器精度 等。各部件的具体精度根据望远镜传动跟踪系统的精度要求而定， 一般情况 下天文望远镜的跟踪精度在O. 2〃 (RMS值)左右(无导星校正系统)，才艮据这 一精度要求，实时检测力矩的力矩传感器精度在5N.m左右，系统的定标精度， 即加压电机的运动量与摩擦力矩之间的比例因子，由此产生的摩擦力矩的误 差应控制在2N.m以下。滚珠丝杠副采用5级精度。弹簧的弹性系数K的稳定性 与实际修正系统的行程有关， 一般在1%左右。驱动电机尾部的码盘精度根据 定标精度和滚珠丝杠副的传动比而定， 一般在5〃左右。本专利技术就是采用 一种动态实时检测修正系统，使得正压力能够根据实际 负载的情况进行实时调整，保证所施加的正压力与当时实际负载所需正压力 相一致。通过以上闭环控制系统调整丝杆螺母的线性运动量，即可根据望远 镜的工作状态调整工作压力。用力矩传感器实时检测系统的负载力矩和驱动 力矩，通过控制系统才艮据所测的力矩值实时调节正压力的大小。更详细地说，本专利技术的具体工作原理是摩擦传动是靠加在摩擦轮上的 正压力产生的摩擦力来传递运动的，因此，正压力的大小对传动稳定性有着 较大的影响。正压力过小，产生的摩擦力不足以很好的驱动负载，会引起宏 观滑移，影响传动精度。正压力过大，会加速摩擦副表面和轴系支撑轴承的 磨损，严重时会使接触副表面产生粘着磨损，降低传动性能。另外，正压力 过大，在轴系刚性不够高的情况下会引起轴系的晃动，使得传动性能不稳定。 才艮据以上的分析可以看出，对于摩擰M专动系统而言，驱动负载的稳定性至关 重要。但对极大望远镜在工作的过程中一直承受着风载的作用。由于极大望远镜承风面积很大，因此，风力的变化、风向的变化以及望远4免在跟踪过程 中承风面积的变化都会使得作用在望远镜上的风载变化很大。另一方面，望 远镜在跟踪过程中还有加速度的变化，也使得驱动负载发生变化。加压电机通过滚珠丝杆螺母副和弹簧对主动轮施加的正压力为N,若摩 擦副的摩擦系数为p,则摩擦副之间产生的切向摩擦力为F = Nxp。如果被 驱动负载的转矩为M2，则当FxR-M2时(R为从动轮旋转半径)，摩擦副能 够正常的工作。此时主动轮上的转矩M1可从力矩传感器4获得，从动轮的转 矩M2可从力矩传感器1获得，且M2-AM1 U为传动比)。如果从动轮负载在 运行过程中发生变化，不失一般性，以变大为例，变化之后的负载力矩为 M2 + AM,对于AM的考虑需要分两种情况第一种情况当负载的增大量AM不是很大，即主动轮仍然能够带动从动轮旋转，但 此时摩擦副表面已有相对滑移。增大量AM的具体数值可从从动轮力矩传感 器和主动轮力矩传感器的比对中得到。AM对应的正压力变化量为AN, AN 大小为AM/( Rx^)。由此可得到丝杆螺母的线性运动量AL为AN/K，即 △M/( Rx^xK)， K为弹簧的弹力系数。AL的精确数值可通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种望远镜滚动摩擦传动正压力动态修正系统，从动轮与主动轮在正压力的作用下贴合在一起组成摩擦副，加压电机通过滚珠丝杆螺母副和弹簧对主动轮施加正压力，其特征在于，设有正压力控制机构，该机构中设有工控机，工控机上连接有数据采集卡； 在从动轮上设有从动轮力矩传感器；在主动轮上设有主动轮力矩传感器；从动轮力矩传感器与主动轮力矩传感器的输出接工控机的数据采集卡；设置在加压电机上的码盘的数据线接工控机的数据采集卡，采集的数据反馈给控制系统，构成闭环控制系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王国民，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]