一种大型天文望远镜面板促动器及其控制方法与流程

本发明属于压电促动器技术领域，具体一种大型天文望远镜面板促动器及其控制方法。

背景技术：

目前，随着天文学的不断快速发展，对天文望远镜也提出了更高的要求，对于射电天文望远镜，其主动反射面技术为大口径射电望远镜反射面的制造提供了技术支撑。在主动反射面技术中，反射面由多块子面板拼合而成，而每个子面板通常都需要3个以上的微位移促动器进行支撑和快速调节，实现子面板的俯仰、偏摆和平动，从而达到反射面的高精度要求。微位移促动器作为子面板的支撑和调节机构，是天文望远镜主动反射面技术中的核心部件，是一种精密的直线位移输出装置，需要具有高分辨率（微纳米级）、高稳定性、高刚度、高重复精度、大负载性能以及毫米级行程等特点，因此，基于压电作用的微位移促动器十分值得深入研究。

技术实现要素：

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于压电作用的高精度、高稳定性以及高分辨率的大型天文望远镜面板促动器及其控制方法，以解决现有技术中许多大型天文望远镜的微位移促动器结构存在的一些技术缺陷。

为达到上述目的，本发明的一种大型天文望远镜面板促动器，包括：固定支撑板、组合碟形弹簧、促动头、差动螺纹轴、轴向柔性铰、超声电机、密封圈和编码器；所述的组合碟形弹簧通过螺栓联接，其一端与所述固定支撑板相联接，另一端与所述促动头相联接；所述差动螺纹轴，其一端与所述超声电机和所述编码器相连，另一端通过两个不等螺距的螺纹联接分别与固定支撑板的螺纹通孔和促动头的螺纹盲孔相连；一端固定在所述固定支撑板上，另一端固定在所述超声电机的基座上；所述的密封圈设于超声电机与编码器之间。

优选地，上述的组合碟形弹簧在限制促动头周向位移的同时，始终处于拉伸状态，以消除所述促动头的螺纹回程间隙并提供轴向位移补偿。

优选地，上述的轴向柔性铰对超声电机的轴向位移提供补偿。

优选地，上述的差动螺纹轴分别与固定支撑板和促动头相连的螺纹的螺距不相等；当给所述超声电机施加激励信号，带动所述差动螺纹轴旋转时，所述促动头相对所述固定支撑板产生轴向位移，其位移量为两段螺纹的螺距差值与差动螺纹轴转动圈数的乘积。

本发明的一种大型天文望远镜面板促动器的控制方法，包括如下：

给超声电机施加相位差为的同频率、等幅交变电压驱动信号，通过压电陶瓷元件的逆压电效应激发出定子在时间和空间上均有相位差的两个同型同频模态，两个模态在定子上叠加形成行波，通过定、转子之间的摩擦作用，驱动转子转动，带动差动螺纹轴旋转，由于差动螺纹轴两段螺纹的螺距不等，使促动头相对固定支撑板产生微小的轴向位移，其位移量为两段螺纹的螺距差值与差动螺纹轴转动圈数的乘积；编码器作为一种角位移检测装置实现反馈控制从而保证面板促动器更好的工作。

本发明的有益效果：

本发明的大型天文望远镜面板促动器中促动头在组合碟形弹簧、轴向柔性铰和差动螺纹轴的作用下可消除螺纹回程间隙、限制周向位移、提供轴向位移补偿、减小误差、提高精度从而实现促动头轴向的微小位移以便精密调节望远镜面板角度；该结构具有定位精度高、响应快、稳定性高等优点。

附图说明

图1绘示实施例中大型天文望远镜面板促动器的结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

参照图1所示，于实施例中，本发明的一种大型天文望远镜面板促动器，包括：固定支撑板1、组合碟形弹簧2、促动头3、差动螺纹轴4、轴向柔性铰5、超声电机6、密封圈7和编码器8，所述的组合碟形弹簧2的一端通过螺栓联接与所述固定支撑板1相连接，另一端与所述促动头3相连接；所述差动螺纹轴4的一端与所述超声电机6和所述编码器8相连，另一端通过两个不等螺距的螺纹联接分别与所述固定支撑板1的螺纹通孔和所述促动头3的螺纹盲孔相连；所述轴向柔性铰5设置在超声电机6和固定支撑板1之间，并通过螺栓与两者上下固定。

其中，所述的超声电机6和编码器8之间设置有密封圈7，使结构紧凑，并防止内部零件受外界环境干扰影响正常运作。

所述组合碟形弹簧2在限制所述促动头3周向位移的同时，始终处于拉伸状态，以消除所述促动头3的螺纹回程间隙并提供轴向位移补偿。

所述轴向柔性铰5对超声电机6的轴向位移提供补偿，该超声电机6选用行波型旋转超声电机。

所述差动螺纹轴4分别与固定支撑板1和促动头3相连的螺纹的螺距不相等；当给所述超声电机6施加激励信号，带动所述差动螺纹轴4旋转时，所述促动头3相对所述固定支撑板1产生轴向位移，其位移量为两段螺纹的螺距差值与差动螺纹轴4转动圈数的乘积。

本发明的一种大型天文望远镜面板促动器的控制方法，包括如下：

给超声电机施加相位差为的同频率（超声频段内）、等幅交变电压驱动信号，通过压电陶瓷元件的逆压电效应激发出定子在时间和空间上均有相位差的两个同型同频模态，两个模态在定子上叠加形成行波，通过定、转子之间的摩擦作用，驱动转子转动，带动差动螺纹轴旋转，由于差动螺纹轴两段螺纹的螺距不等，使促动头相对固定支撑板产生微小的轴向位移，其位移量为两段螺纹的螺距差值与差动螺纹轴转动圈数的乘积；编码器作为一种角位移检测装置实现反馈控制从而保证面板促动器更好的工作。

但由于误差的存在，所以需要所述组合碟形弹簧预紧联接、消除螺纹回程间隙、限制周向位移、提供轴向位移以及所述轴向柔性铰补偿电机轴向位移并且限制电机的周向位移，最终行程达到所需精度目标。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。