CN100549752C - 大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统 - Google Patents

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Abstract

大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统，包括上位计算机系统和下位计算机系统，上位机通过串行通讯及与下位机连接。下位计算机系统包括DSP模块，执行电机，信号采集与比较环节，位置数据处理单片机。特征是望远镜的执行电机为弧线电机，电机上连接有驱动电路和保护电路；信号采集与比较环节中同时设有用于弧线电机换向的绝对式编码器和用于弧线电机位置检测的增量式编码器；编码器的信号通过位置数据处理单片机输出给DSP模块；驱动电路采用数字化驱动智能功率模决；DSP模块的PWM输出给驱动智能功率模块控制弧线电机的旋转。本发明可实现长时间、高精度跟踪、观测各种天体的需要，并满足天文观测的精密、宽调速参数要求。

Description

大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统
技术领域
本发明涉及一种控制装置，具体涉及一种大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统。本发明为国家自然科学基金资助项目，批准号为10778629。
背景技术
天文望远镜作观测时的机械运动，是一种对观测天体的视角跟踪运动，实际是对地球自转的补偿性运动，所以这种运动的平均速度是360°/24小时(极慢速)。而且所有的天文望远镜每次观测需要的运动幅度(或称为运动距离)一般不会超过一个180°的弧形。也就是说，天文望远镜观测时的运动是限制在一个弧形范围内的极慢速弧线运动。传统的天文望远镜的跟踪机电结构模式都是采用旋转运动——弧线运动的转换。即将电机的高速旋转运动通过传动装置转换成极慢速弧线运动。例如，现有技术中大量的涉及天文望远镜运动控制的论文、专利，甚至教科书，都属于这种旋转运动——弧线运动的转换的结构模式。这种结构模式复杂，大口径天文望远镜的控制技术相对较难，研制周期也长。人类需要不断的探索宇宙，天文学的发展需要越来越大口径的望远镜，世界各国都在合作或自己发展大口径天文望远镜。需要探索和研究的天体目标种类繁多，运行的轨迹也各不相同，新型的天文望远镜的机架也不断的涌现和发展，要求天文望远镜的跟踪速度范围越来越宽，跟踪精度越来越高，目前研制的天文望远镜的机电控制模式已经不能满足大口径天文望远镜的跟踪要求。
因为天文望远镜的跟踪运动轨迹是弧线，所以大口径天文望远镜比较理想的驱动方式是弧线运动，即由弧线运动电机(即超低速高精度弧线电机，简称弧线电机)与望远镜构成机电一体化的设计，这种机电一体化弧线运动的机械结构十分简单，并能够形成刚性很强的连接关系。机电一体化弧线运动的控制系统由于没有机械传动机构的扭转刚度影响，使望远镜的动态性能、控制精度有了很大的提高。
在现代大口径天文望远镜中，其伺服控制系统的精度对整个望远镜的系统性能起到非常重要的作用，在已经建成的望远镜中进行望远镜伺服跟踪定位系统进行整个伺服系统的改进及现代控制方法应用的望远镜的控制系统中成本是非常高昂的。而采用机电一体化弧线运动的系统以后，望远镜的结构和运动方式都发生了根本性的改变，其控制系统也需要采用一种全新的控制技术和控制装置。同时，因为天文望远镜的低速要求低于1″/s；高速时超过10°/s。而且要求在低速时不会发生爬行现象。这些技术指标除了对望远镜的机械、电子等结构要求以外，对控制系统的要求也是非常高的。而这些控制技术和控制装置在现有天文望远镜中没有采用过。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明的目的是提供一种大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统，该系统能够满足大口径天文望远镜长时间、高精度跟踪、观测各种天体的需要，并满足天文观测的精密、宽调速参数要求。
完成上述发明任务的方案是：一种大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统，本系统包括上位计算机系统和下位计算机系统，其特征在于：
上位计算机系统通过串行通讯与下位计算机DSP的SCI模块连接，上位机实现弧线运动控制系统的在线集中监控、综合管理、性能检测和安全保护等功能。
下位计算机系统包括DSP模块，执行电机，信号采集与比较环节，位置数据处理单片机(ARM7)，下位计算机根据上位计算机的控制指令完成相应的控制算法，并对弧线运动控制系统进行实时控制。所述的DSP模块也称为控制器或超低速控制器；所述执行电机为弧线电机；所述的信号采集与比较环节中同时设有绝对式编码器和增量式编码器，其中绝对式编码器用于伺服电机换向；增量式编码器用于伺服电机的位置(速度)检测；所述的绝对式编码器和增量式编码器的信号通过位置数据处理单片机(ARM7)输出给下位计算机DSP模块；
电机驱动电路采用数字化驱动智能功率模块(IPM模块)；
在驱动模块上设有电流检测传感器，该电流检测电路的信号经电流传感器送入DSP的A/D模块，构成闭环控制的电流环；
在功率模块(IPM模块)上设有母线电压检测传感器，该电压检测传感器将检测的直流电压信号通过电压传感器送入DSP的A/D转换器中，对电路中出现的过压或欠压信号进行检测和保护。
DSP模块的PWM信号输出经过光电隔离输出给智能功率模块(IPM模块)，进而控制执行电机的旋转。
以上方案中所述的DSP模块(控制器)设有以下结构：
(1).电源电路：选用TI公司专门为其系列DSP产品推出的DC/DC转换芯片TPS7333。TPS7333采用S0-8封装，单电压3.3伏输出，具有上电复位功能，同时输出监视引脚(SENSE)随时监测输出电压，当输出电压不稳定或低于复位门限电压时，复位引脚RESET产生200ms的复位延迟进行保护。
(2).通讯电路：本系统用DSP的SCI接口完成与上位机的通讯功能，用一片MAX232芯片作为下位机和上位机的通讯接口模块。
(3).仿真接口电路：JTAG扫描逻辑电路用于仿真和测试，采用JTAG可实现在线仿真，同时也是调试过程装载数据、代码的唯一通道。通过JTAG接口可将仿真器与目标系统相连接。
(4).A/D、D/A转换电路：TMS320LF2812本身自带有两个12位A/D转换模块，共有16个模拟输入通道可用。
D/A转换是为了输出软件控制系统中的状态变量，比如磁链、转矩等。D/A转换电路可输出两路状态变量，具体变量由软件设定。
(5).电流采样和保护电路：在弧线运动控制系统中，控制器需要及时准确的知道绕组中实际电流的大小，以实现电流控制和电流保护电路的设计。
本系统采用2个磁场平衡式霍尔电流传感器(瑞士莱姆(LEM)公司生产，型号为：LAH25-NP)模块分别检测a，c相电流，该模块将三相定子电流转化为基本的二进制代码，提供电流的实时信息，完成电流环的调节。并通过采样电阻将电流信息转换为电压信息，然后由TMS320F2812的A/D变换模块转化为数字信号，再经过数字滤波和定标处理，为电流环调节提供电流反馈信息。
(6).电压采样电路：电压传感器主要用来测量PWM逆变器直流侧电压，输出的信号主要用于保护和计算三相输出电压。由于被测电压为正的直流量，因此输出信号不需要加偏置电压，通过滤波放大后直接输入到TMS320F2812的A/D转换器中。
(7).编码器接口：绝对式编码器、增量式编码器的信号送往位置数据处理单片机(ARM7)，位置数据处理单片机(ARM7)把这两个信号变换成位置信号、速度信号和换向信号后，其位置值、速度值和换向信号都送往DSP的捕获口(QEP)；
(8).驱动电路：输出六路PWM信号，经过光电隔离后输出给智能功率模块(IPM)。
该DSP模块设置有超低速控制器软件系统，该超低速控制器软件系统由4部分组成：主程序、直接转矩控制算法程序、PWM信号周期中断、以及控制器与其相连的I/O口数据交换程序。其中：
主程序模块的任务主要是完成控制系统的初始化、电机定子端物理量(电流和电压)的测量、DSP系统初始化、外围模块初始化，进入中断服务子程序实现算法及控制功能，以及其它辅助功能。
直接转矩控制算法程序：直接转矩控制算法首先由中断服务程序完成A/D数据采样及保持(电压，电流、转速等物理量的数据采集)，然后进行3/2变换；电压矢量计算；电磁转矩计算，幅值计算，实时转速估计；磁链和电磁转矩误差计算，定子磁链区间判别，电压矢量选择，完成相应定时器比较单元的重装载，产生相应的PWM脉宽信号，加载于IPM输出。这个过程由定时器2中断来完成。
PWM信号周期中断，其由定时器1中断服务程序产生。其中断后完成新的数据采集、刷新，重新选择电压矢量。
数据交换程序主要包括与上位机的通讯程序，EEPROM中参数的存储。控制器键盘值的读取和显示程序。通过合适的通讯接口接收上位机的指令，并把执行结果回传到上位机，以满足上位机的实时监控。
以上方案中所述的绝对式编码器采用德国SICK公司生产的型号为ARS60-F4M03600绝对式编码器；也可以采用日本Koyo公司生产的TRD-K720-YS绝对式编码器。
选择3600线的德国SICK公司生产的型号为ARS60-F4M03600绝对式编码器是由于弧线电机的极数为120，需要将编码器产生的信号进行处理成相对应的相位差为120°电角度的U、V、W信号，编码器产生的信号送往位置数据处理单片机(ARM7)，位置数据处理单片机(ARM7)将这两个信号变换成位置信号、速度信号和换向信号后，其位置值、速度值和换向信号都送往DSP的捕获口(QEP)。
所述的增量式编码器采用钢带式光电编码器，用来检测电机的转速和位置，可选择采用德国HEIDENHAIN公司生产的编码器，型号为ERA-780C，或选用英国RENISHAW公司生产的钢带式编码器，型号为RGH24Y30A00A。
以上信号采集与比较环节的数字检测部分包括几个方面：
1、位置检测
位置检测由绝对式编码器和增量式编码器组成的混合式编码器来完成，其分辨率最终由德国HEIDENHAIN公司生产的ERA-780C编码器来决定，可以得到3.6″的分辨率，如果增配适当的细分器其分辨率还可以提高。
2、速度检测
速度检测用德国HEIDENHAIN公司生产的ERA-780C编码器来获得，可以得到3.6″的分辨率，如果增配适当的细分器其分辨率还可以提高。
3、换向检测
换向检测用德国SICK公司生产的ARS60-F4M03600绝对式编码器。
这三个检测信号分别由位置数据处理单片机(ARM7)处理后，分别获得位置、速度和换向信号。
根据系统的参数，在弧线电机实际运行过程中，从耐压和电流以及价格方面来考虑，所述的智能功率模块可以采用三菱公司PM15CZF120，额定电流为15A，耐压1200V。该模块包括五个端子：直流电压输入端P和N及三相交流电压输出端U，V，W；控制部分共18个端子，分别用于驱动电源、PWM信号输入和故障信号输出等。
对于望远镜控制用的超低速弧线电机来讲，运转速度为超低速，这给控制带来严峻的挑战，其调速比较宽，超过36000∶1的要求，另外要求望远镜的跟踪精度非常高，达到0.1″。为此，本申请提供一种适合大口径天文望远镜超低速运行的控制器。
由于本系统采用直接转矩控制策略，因此，数据计算的工作量很大，要求精度高，为了保证控制的实时性，还要求CPU的计算速度要快；而且，为了减少系统外围电路，最好芯片本身集成了PWM输出电路和A/D转换电路等。为了实现上述目的，及对执行电机的磁链、转矩、转子位置和转速信号的估算，本发明选用TI公司的高性能的TMS320F2812DSP数字信号处理器。TMS320F2812是TI公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性价比的32位定点DSP芯片。该芯片兼容TMS320F2407指令系统，最高可在150MHz主频下工作，指令周期6.67ns，并带有8K×16位的Flash存储器。其片上外设主要包括2×8通道12位ADC、2路SCI(串行通讯接口)、1路SPI(16位的串行外设接口)、1路McBSP、1路eCAN(控制器局域网络)等。并带有两个事件管理模块(EVA、EVB)，分别包括6路PWM/CMP、2路QEP、3路CAP、2路16位定时器(或TxPWM/TxCMP)。另外，该器件还有3个独立的32位CPU定时器，以及多达56个独立编程的GPIO引脚，可外扩大于1K×16位程序和数据存储器。
TMS320F2812采用哈佛总线结构，具有密码保护机制，可进行双16×16乘加和32×32乘加操作，因而可兼顾控制和快速运算的双重功能。
电源转换芯片采用TPS7333，将5V电源转换为3.3V，供DSP以及其他部分芯片使用。系统保护电路通过检测母线电流、相电流和线电压以及IPM故障信号，其输出分别送DSP相应的PDPINT和XINT2引脚。数/模转换芯片DAC7625用于实时输出系统中的磁链、转矩、转速、转子位置等变量。在弧线电机驱动控制器中，除了电流、电压信号外，磁链、转矩、转子位置是通过一定的算法估算得到，而转速信号是通过位置数据处理单片机(ARM7)得到，因此DSP及其外围电路是整个控制器的核心。
本发明的大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统能够满足大口径天文望远镜长时间、高精度跟踪、观测各种天体的需要，并满足天文观测的精密、宽调速参数要求：其最低转速要求达到1″/s以下；高速时达到10°/s以上；其速度范围变化超过36000∶1。
附图说明
图1为弧线运动控制系统的主电路图；
图2为弧线运动控制系统的硬件结构方框图；
图3为以TMS320F2812 DSP为核心的控制电路框图；
图4为硬件过流检测与锁存电路；
图5为硬件封锁驱动电路；
图6为弧线电机位置限位信号电路图；
图7为弧线运动控制系统输入输出数据总关系图；
图8为下位机DSP主程序流程图；
图9为直接转矩控制算法流程图。
具体实施方式
实施例1，大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统，包括上位计算机系统和下位计算机系统。上位计算机通过串行通讯与DSP的SCI模块连接，上位机实现弧线运动控制系统的在线集中监控、综合管理、性能检测和安全保护等功能。下位计算机系统包括DSP模块，执行电机，信号采集与比较环节，位置数据处理单片机(ARM7)。下位机根据上位机的控制指令完成相应的控制算法，并对弧线电机运动控制系统进行实时控制，电机上连接有电机驱动电路和保护电路。所述的天文望远镜由弧线电机驱动；信号采集与比较环节中同时设有绝对式编码器和增量式编码器，其中绝对式编码器用于执行电机的换向，增量式编码器用于执行电机的位置(速度)检测。所述的绝对式编码器、增量式编码器的信号送往位置数据处理单片机(ARM7)，位置数据处理单片机(ARM7)把这两个信号变换成位置信号、速度信号和换向信号后，其位置值、速度值和换向信号都送往DSP的捕获口(QEP)；电机驱动电路采用数字化驱动智能功率模块(IPM模块)；系统中设有电流检测传感器，该电流检测电路检测电机的直流母线电流和相电流，直流母线电流和相电流检测信号经电流传感器送入DSP的A/D转换器中，构成闭环控制的电流环；在功率模块(IPM模块)上设有母线电压检测传感器，该电压检测传感器将检测的直流电压信号通过电压传感器送入DSP的A/D转换器中，对电路中出现的过压或欠压信号进行检测和保护；DSP模块的PWM信号输出经过光电隔离输出给驱动智能功率模块(IPM模块)，进而控制执行电机的旋转。
本系统的电路部分设计如下：
图1为本发明的弧线运动控制系统的主电路图：三相交流电压经整流模块，获得直流电压，为了防止上电时滤波电容C1由于突然施加电压引起的充电冲击大电流，在直流母线上加入了软起动电路。起初J1开路，C1经电阻R1充电，R1具有正温度系数，能有效地限制充电电流值，待直流母线电压上升到一定值后，由电压检测电路驱动交流接触器J1，触点J1将R1短接，C1再充电至正常直流电压值，供给由IGBT功率器件组成的三相逆变器。逆变器主电路采用六单元IGBT智能功率模块(IPM)，逆变器的输出A、B和C引至稀土永磁同步伺服电机定子的三相绕组，其中A与C相还穿绕过电流传感器，该传感器为零磁通补偿原理的霍耳电流传感器，向系统提供A、C相的电流检测信号。
在直流母线上还连接着R2和V1功率开关的串联支路，构成电机制动时的能耗制动电路。当电机制动时，通过逆变器桥臂的反并联二极管，把系统机械运动部分的动能以电能的形式，给直流母线的电容C1充电，由于C1电容量有限，将引起直流母线电压不断升高，首先使三相整流桥进入截止状态，不断升高的母线电压如果不采取措施加以限制那么将会危及功率部分的电路器件的安全。通过检测直流母线电压，当超过设定的上限值时，使V1导通，C1上的部分储能将通过R2消耗，使直流母线电压下降。
六单元IGBT智能功率模块(IPM)集成了IGBT三相逆变桥、驱动电路和保护电路，只需要将驱动信号通过光耦送到智能功率模块的控制信号输入端，不需要加另外的驱动电路，而通过光耦是为了实现控制部分与功率部分的电气隔离。保护电路可以实现对模块的过电流保护、短路保护、过热保护和控制电压欠压保护。当检测到通过模块的电流、模块的温度和控制电压这些信号中任一或几个达到保护动作值，保护电路能自动降低驱动电压至IGBT关断，并送出故障信号，使系统能及时作出反应。
为了抑制干扰，在三相交流进线处安装了由压敏电阻网络组成的吸收电路；在直流母线上，紧挨IGBT模块引线处安装了由C2、D1、R3组成的吸收电路，有效地抑制母线上的电压毛刺。
控制电源电路为系统提供所有的低压直流电源，包括一组+5V，供给DSP、数字集成电路和光电编码器：两组±15V供给控制部分的模拟电路和电流传感器；四组+15V供给IGBT IPM的驱动电路，其中三组分别供给三个上桥臂，另外一组供给三个下桥臂，同时这组+15V还供给功率部分的控制与保护电路。
电流采样和保护电路：在弧线运动控制系统中，控制器需要及时准确的知道绕组中实际电流的大小，以实现电流控制和电流保护电路的设计。
电压采样电路：电压传感器主要用来测量PWM逆变器直流侧电压，输出的信号主要用于测量和保护三相输出电压。
DSP模块输出的6路PWM控制信号经过光电隔离输出给智能功率模块(IPM模块)，进而控制弧线电机的旋转。
控制系统硬件结构方框图，请参照图2：本系统按功能可分为以下几个子单元：IPM模块、四组独立电源、光耦隔离、电流和电压检测、保护电路、DSP控制芯片及外围电路、串行通讯接口、键盘和显示电路。
在弧线运动控制系统中，控制器需要及时准确的知道绕组中实际电流的大小，以实现电流环的调节。在图2中2路电流采样的值通过DSP内置的12位A/D进行采样，经电流调节器后输出的6路PWM控制信号，PWM控制信号经过光电隔离后输出给智能功率模块(IPM)，进而控制弧线电机的旋转。在弧线电机的智能功率模块(IPM模块)上设有母线电压、母线电流检测传感器，该检测传感器将检测的直流电压、电流信号通过电压、电流传感器送入DSP的A/D转换器中，对电路中出现的过压或欠压、过流信号进行检测和保护。在图2中弧线电机为极对数为60的执行电机。
在图2中编码器产生的信号送往位置数据处理单片机(ARM7)，位置数据处理单片机(ARM7)将这两个信号变换成位置信号、速度信号和换向信号后，其位置值、速度值和换向信号都送往DSP的捕获口(QEP)。
图3是以TMS320F2812 DSP核心的控制电路框图。在望远镜的控制系统中，TMS320F2812承担了核心的控制任务。速度调节、电流调节、磁场定向控制所涉及的坐标变换和数学运算、故障信息的判断与综合及控制模式的选取都由TMS320F2812的软件完成。
在图3中，主要有直流母线电压检测电路、直流母线电流检测电路、相电流采样电路、速度(位置)检测电路、隔离驱动电路、I/O接口电路、通讯电路、RAM(cy7c199)、复位芯片(X25043)，故障显示等部分组成。在调试阶段，可以将程序放在片外RAM中，可多次调试，如果程序确实可行，并准备长期使用，可将程序写入DSP片内的FLASH ROM中。调试过程中的变量在片内单口RAM或双口RAM中，以提高处理速度。用MAX232芯片作为下位机和上位机的通讯接口模块。
电源转换芯片采用TPS7333，将+5V电源转换为3.3V，供DSP以及其他部分芯片使用。系统保护电路通过检测母线电流、相电流和线电压以及IPM故障信号，其输出分别送DSP相应的PDPINT和XINT2引脚。模/数转换芯片DAC7625用于实时输出系统中的磁链、转矩、转速、转子位置等变量。在弧线电机驱动控制器中，除了电流、电压信号外，磁链、转矩、转子位置是通过一定的算法估算得到，而转速信号是通过位置数据处理单片机(ARM7)得到，因此DSP及其外围电路是整个控制器的核心。
图4为硬件过流检测与锁存电路；保护的原理是实时检测三相电流值，与事先设定好的参考值相比较，一旦电流出现过流的现象，就锁定过流信号，并输出报警信号，并发出相应的执行指令。图4中，ia、ib和ic分别是经过跟随处理的三相电流信号，再经过VD1～VD6组成的桥式整流电路，将得到的最大电流值和最小电流值与事先设定好的±REF相比较得到过流信号，再经过74HC74锁存，得到具有保护性的过流报警信号ERROR，送至系统进行处理并用发光二极管作为报警指示。系统共设置三路硬件报警信号，分别为三相电流报警信号、直流母线报警信号和IPM报警信号，其输出分别送DSP TMS320F2812相应的PDPINT和XINT2引脚。
图5为硬件封锁驱动电路；TMS320F2812一旦检测到输入PDPINT、XINT2管脚信号为低电平，DSP将立即封锁PWM脉冲，产生硬件中断。在图5中，VCC_C为IPM驱动电路电源，PDPINT、XINT2是系统总的报警信号。如果有报警信号产生，场效应管VM1就会关断，使得VCC_C不能提供给驱动电路所需要的拉电流，从而封锁所有的桥臂，主电源输出为零，系统得到保护。
图6为弧线电机位置限位信号电路；当电机运转到设定的位置时，限位输入电位为低电平，经过光电耦合器TLP559后，其6管脚为低电平，然后输出到DSP的I/O口，DSP作相应的动作，封锁该运动的方向。
弧线运动控制系统所需要的全部输入输出数据的关系由图7所示。模拟量的“转速”、“直流电压”和“给定值”，通过上位机中的A/D转换器的控制和数据读入由中断1采用时钟中断模式执行。
转速和直流电压的读入值被直接传送去用作DTC(Direct TorqueControl：直接转矩控制)控制。而给定值由中断2控制传送到TMS320F2812。在转矩直接调节中，转矩给定值Te *被限制在允许的范围内而被传送。ψe *作为磁链给定值由中断2送出。由中断4传送转矩容差εT和磁链εΨ，和由中断6传送模型参数。模型参数被写入双口数据RAM中。
TMS320F2812的A/D转换器接受被测电动机的电流分量iα分量和iβ分量。另外，在状态口还接受由最小开关持续时间监视给出的逆变器的状态信号，用于记录的输出量由三个D/A转换器输出。
TMS320F2812产生逆变器的电压控制信号，经最小开关持续时间监视口监视后送出，如图7所示的输出信号Sa，Sb，Sc。
图8为下位机DSP主程序流程图；主程序模块的任务主要是完成控制系统的初始化、电机定子端物理量(电流和电压)的测量、DSP系统初始化、外围模块初始化，进入中断服务子程序实现算法及控制功能，以及其它辅助功能。
图9为直接转矩控制算法流程图。直接转矩控制算法程序：其中包括内循环和外循环两个循环，内循环主要完成电压、电流采样、电机定子磁链与转矩观测与电压矢量选择等工作；外循环主要完成速度控制。直接转矩控制算法程序首先由中断服务程序完成A/D数据采样及保持(电压，电流、转速等物理量的数据采集)，其中断服务程序主要完成3/2变换；电压矢量计算；定子磁链区间判别，幅值计算，电磁转矩计算，实时转速估计；磁链和电磁转矩误差计算，电压矢量选择，完成相应定时器比较单元的重装载，产生相应的PWM脉宽信号，加载于IPM输出。这个过程由定时器2中断来完成。

Claims (6)

1、一种大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统，本系统包括上位计算机系统和下位计算机系统，其特征在于：
上位计算机系统通过串行通讯与下位计算机DSP的SCI模块连接，上位计算机系统实现弧线运动控制系统的在线集中监控、综合管理、性能检测和安全保护功能；
下位计算机系统包括DSP模块，执行电机，信号采集与比较模块，位置数据处理单片机，下位计算机系统根据上位计算机系统的控制指令完成相应的控制算法，并对弧线运动控制系统进行实时控制；所述执行电机为弧线电机；所述的信号采集与比较模块中同时设有绝对式编码器和增量式编码器，其中绝对式编码器用于伺服电机换向；增量式编码器用于伺服电机的位置检测；所述的绝对式编码器和增量式编码器的信号通过位置数据处理单片机输出给下位计算机DSP模块；同时，在下位计算机系统中：
电机驱动电路采用数字化驱动智能功率模块；
在驱动模块上设有电流检测传感器，该电流检测传感器的信号送入DSP的A/D模块，构成闭环控制的电流环；
在功率模块上设有母线电压检测传感器，该电压检测传感器将检测的直流电压信号通过电压传感器送入DSP的A/D转换器中，对电路中出现的过压或欠压信号进行检测和保护；
DSP模块的PWM信号输出经过光电隔离输出给智能功率模块，进而控制执行电机的旋转。
2、根据权利要求1所述的大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统，其特征在于，所述的DSP模块设有以下结构：
(1).电源电路：选用DC/DC转换芯片TPS7333；TPS7333采用S0-8封装，单电压3.3伏输出，具有上电复位功能，同时输出监视引脚SENSE随时监测输出电压，当输出电压不稳定或低于复位门限电压时，复位引脚RESET产生200ms的复位延迟进行保护；
(2).通讯电路：采用DSP的SCI接口完成与上位机的通讯功能，用一片MAX232芯片作为下位机和上位机的通讯接口模块；
(3).仿真接口电路：JTAG扫描逻辑电路用于仿真和测试，采用JTAG实现在线仿真，同时也是调试过程装载数据、代码的唯一通道；通过JTAG接口将仿真器与目标系统相连接；
(4).A/D、D/A转换电路：TMS320LF2812本身自带有两个12位A/D转换模块，共有16个模拟输入通道可用；D/A转换电路输出两路状态变量；
(5).电流采样和保护电路：在弧线运动控制系统中，控制器及时准确的得到绕组中电流大小的信号，以实现电流控制和电流保护电路的设计；
(6).电压采样电路：电压传感器用来测量PWM逆变器直流侧电压，输出的信号用于保护和计算三相输出电压；被测电压输出信号通过滤波放大后直接输入到TMS320F2812的A/D转换器中；
(7).编码器接口：绝对式编码器、增量式编码器的信号送往位置数据处理单片机ARM7，位置数据处理单片机ARM7把这两个信号变换成位置信号、速度信号和换向信号后，其位置值、速度值和换向信号都送往DSP的捕获口QEP；
(8).驱动电路：输出六路PWM信号，经过光电隔离后输出给智能功率模块IPM。
3、根据权利要求2所述的大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统，其特征在于，所述的控制系统主电路的具体结构是：三相交流电压经整流模块，获得直流电压；在直流母线上加有软起动电路，供给由IGBT功率器件组成的三相逆变器；逆变器主电路采用六单元IGBT智能功率模块，系统采用2个磁场平衡式霍尔电流传感器模块分别检测a，c相电流，完成电流的检测。
4、根据权利要求3所述的大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统，其特征在于，所述的驱动智能功率模块中为IGBT功率器件，采用的型号为PM15CZF120，其主电路部分包括五个端子：直流电压输入端P和N及三相交流电压输出端U，V，W；控制部分共18个端子，分别用于驱动电源、PWM信号输入和故障信号输出。
5、根据权利要求4所述的大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统，其特征在于，所述的绝对式编码器是型号为ARS60-F4M03600的绝对式编码器；或者是型号为TRD-K720-YS的绝对式编码器；
所述的增量式编码器采用钢带式光电编码器，用来检测电机的转速和位置，选自型号为ERA-780C的编码器，或型号为RGH24Y30A00A的钢带式编码器。
6、根据权利要求1～5之一所述的大口径天文望远镜方位轴的弧线运动控制系统，其特征在于，系统采用直接转矩控制结构，其中包括内循环和外循环两个循环，内循环主要完成电压、电流采样、电机定子磁链与转矩观测与电压矢量选择；外循环主要完成速度控制；直接转矩控制结构首先由中断服务程序完成A/D数据采样及保持，然后进行3/2变换；电压矢量计算；电磁转矩计算，幅值计算，实时转速估计；磁链和电磁转矩误差计算，定子磁链区间判别，电压矢量选择，完成相应定时器比较单元的重装载，产生相应的PWM脉宽信号，加载于IPM输出。
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