本发明涉及天文望远镜旋转机构精密定位的技术领域，特别是涉及天文望远镜焦点切换机构精密定位装置及控制方法。
背景技术
大型天文望远镜的光学结构主要包括主镜、副镜以及实现光路转换的反射镜，大型天文望远镜一般都具有多个焦点，在各个焦点之间的转换是使用一个平面反射镜来实现光路的转换，我们称为第三反射镜（m3），第三反射镜的旋转重复定位精度直接影响天文望远镜的指向精度。为了提高天文望远镜的第三反射镜的旋转重复定位精度，控制工程师大都会采用高精度的伺服电机加高精度的位置反馈传感器，采用此种方法主要有以下三种缺点：
1、由于采用高精密的位置反馈传感器，而其价格都会很高，这样就会增加成本；
2、伺服电机要始终保持在定位位置不移动，由于伺服电机是采用控制算法来消除位置误差，一旦伺服电机或是伺服驱动器发生故障，就会使定位位置偏离理想位置，增加了不稳定的因素；
3、由于定位伺服电机始终要保持位置，这样就会产生热量，影响光路的成像质量，这对于高精密的光学望远镜是无法忍受的。
传统的经济型控制系统不能使各控制单元所控制的运动轴系多轴联动控制，而pmac控制器能够控制相应的运动轴，使不同电机之间的运动控制有机协调起来，最终实现系统整体的全局性能的最优化。pmac是由美国的deltatau公司遵循开放式系统体系结构标准开发的开放式可编程多轴运动控制器。它借助于motorola的dsp56001/56002数字信号处理器，可同时控制最多32个轴，既可单独执行存储于其内部的程序，也可执行运动程序和plc程序，并进行伺服环更新及以以太网方式与上位机进行通信，pmac还可自动对任务优先级进行判别，从而进行实时多任务处理，这一功能使得它在处理时间和任务切换这两方面大大减轻了主机的负担，提高了整个控制系统的运行速度和控制精度。
如何在大型天文望远镜第三反射镜的控制中采用pmac控制器的plc程序进行逻辑控制而提高整个控制系统的运行速度和控制精度，是一个尚未在现有技术中实现的课题。
技术实现要素：
本发明的目的是，提供一种天文望远镜第三反射镜的旋转定位装置，该装置能够克服传统的定位控制方案缺点，同时实现装置的逻辑控制系统，以实现高精度重复定位精度，并实现高可靠性、低成本化的优点。本发明还提供这种天文望远镜第三反射镜的旋转定位装置的控制方法。
本发明解决的技术问题是：一种天文望远镜第三反射镜的旋转定位装置，第三反射镜定位机构中设有定位柱、定位球、伺服电机及由伺服电机带动的锁紧爪，其特征在于，所述第三反射镜外缘设有第三反射镜摩擦环，以及与该摩擦环配合的小摩擦轮；该小摩擦轮由步进电机带动；所述伺服电机与步进电机均由pmac运动控制器控制。
所述摩擦环上设有用于标定位置的霍尔传感器。
主机与所述pmac运动控制器通过以太网通讯，主机向pmac发送运动控制指令，由pmac内部plc程序来实现两个电机的协调工作。
所述pmac运动控制器内部的plc运动控制程序采用pmac的内部编程语言实现。
在所述第三反射镜测的旋转机构上设有测试用的平面镜；在望远镜外设有测试用的激光自准直仪。
完成本申请第二个发明任务的技术方案是：上述天文望远镜第三反射镜的旋转定位装置的控制方法，其特征在于，工作步骤如下：
⑴.伺服电机带动锁紧爪向伺服电机方向移动；
⑵.锁紧爪达到松开锁死状态时，摩擦环能够自由运动；
⑶.待伺服电机到达目标位置（目标位置是由霍尔传感器标定的安全位置）时，步进电机带动小摩擦轮旋转，传动至摩擦环旋转；
⑷.摩擦环旋转至所需位置时（此位置是由一个霍尔传感器标定，即是望远镜的各个焦点的位置），步进电机停止旋转；
⑸.定位机构的伺服电机重新开始工作，带动锁紧爪向远离伺服电机的方向移动；
⑹.至锁紧爪到达目标位置（此目标位置也是由一个霍尔传感器标定）；
⑺.锁紧爪使定位柱受力，使得定位球到达目标位置，完成整个的定位过程。
换言之，本发明采用了一种电控精度控制与机械精度控制相结合的方法。一种适用于天文望远镜第三反射镜的高精度旋转定位装置及控制方法，其特征在于：结构上是由第三反射镜定位机构、第三反射镜摩擦环、小摩擦轮组成。上述所述的第三反射镜定位机构是由伺服电机、联结轴、锁紧爪、定位柱、定位球所组成，详见图1所示。实际工作时，伺服电机带动锁紧爪向伺服电机方向移动，达到松开锁死状态，使得摩擦环能够自由运动，待伺服电机到达目标位置（目标位置是由霍尔传感器标定的安全位置）时，此时步进电机带动小摩擦轮旋转，传动至摩擦环，使摩擦环旋转至所需位置。例如米级望远镜，配备了2个定位焦点，分别位于两个方向的奈氏焦点处，故摩擦环有两个定位位置，定位位置处采用霍尔传感器实现粗略的旋转定位，本设计方案包括但不限于两个焦点位置定位的方案。当摩擦环到达目标位置时，步进电机停止旋转，此时定位机构的伺服电机重新开始工作，伺服电机带动锁紧爪向远离伺服电机的方向移动，直至锁紧爪到达目标位置（此目标位置也是由一个霍尔传感器标定），此时锁紧爪使定位柱受力，使得定位球到达目标位置，完成整个的定位过程。
控制上采用deltatau公司的pmac运动控制器作为主控制器，主机与pmac通过以太网通讯，通过编写pmac内部的plc运动控制程序的算法来实现两个电机的协调工作，plc控制程序算法的特征在于：实现整个焦点切换过程的自动化，使用合理的控制逻辑过程，保证整个过程的安全性和可靠性。两个电机采用一台步进电机和一台伺服电机，步进电机主要实现第三反射镜的旋转运动，伺服电机实现定位机构的定位运动，定位精度由伺服电机的定位精度与机械结构的定位精度共同保证，经过测试，重复定位精度小于2角秒。
本发明与现有技术比较所具备优点：
1、不需要价格昂贵的高精密的位置反馈传感器，在保证了定位精度的前提下大大降低了成本；
2、传统的方案是使伺服电机始终保持在定位位置不移动，由于伺服电机是采用控制算法来消除位置误差，一旦伺服电机或是伺服驱动器发生故障，就会使定位位置偏离理想位置，增加了不稳定的因素，而本设计方案排除了这种不稳定因素，在望远镜工作过程中，伺服电机不需要保持定位状态，提高了望眼镜运行的可靠性；
3、传统的方案由于定位伺服电机始终要保持位置，这样就会产生热量，影响光路的成像质量，而本设计方案不需要伺服电机始终保持位置，定位精度完全依靠机械装置实现，电机只是完成了转换的目的，完成旋转后，电机保持断电状态，这样可以排除此处的电机发热对光路的影响，提高了望远镜的成像质量。
附图说明
图1第三反射镜的定位机构图；
图2第三反射镜的测量原理图。
具体实施方式
实施例1，天文望远镜第三反射镜的旋转定位装置及控制方法，参照图1、图2：本方案在结构上是由第三反射镜定位机构9、第三反射镜摩擦环6、小摩擦轮1组成。上述所述的第三反射镜定位机构是由伺服电机、联结轴、锁紧爪2、定位柱3、定位球4所组成。上述所述第三反射镜摩擦环6是有一个十字支架支撑的一个环形结构体。上述所述的小摩擦轮1是直接耦合一个步进电机，此步进电机作为旋转运动的主动力，由于步进电机断电后可以自由转动，因此在锁紧的时候，摩擦环6和小摩擦轮1之间为滚动摩擦而不是滑动摩擦，减小了因滑动摩擦带来的阻力，定位精度能更高。上述所述的定位住3采用淬火硬度很高的零件，以减少由于机械变形，影响定位精准。整个机械结构的工作过程是从点击计算机控制程序的开始按钮后，伺服电机开始运动，其运动会带动锁紧爪向后运动，此时需要调整霍尔传感器的安装位置，使得锁紧爪达到松开锁死状态此时摩擦环能够自由运动，待伺服电机到达霍尔传感器标定的安全位置时，此时步进电机带动小摩擦轮旋转，传动至摩擦环，使摩擦环旋转至所需位置，此时也需要调整霍尔传感器的安装位置，以保证定位机构的锁紧爪能够准确的插入目标位置，但是不需要非常精确，因为定位精度是靠定位球所保证，而定位杆的末端安装有滑轮装置，允许有一定偏差，不会影响最终的定位精度。当摩擦环到达目标位置时，步进电机停止旋转，此时定位机构的伺服电机重新开始工作，伺服电机带动锁紧爪向前移动，直至锁紧爪到达霍尔传感器标定的目标位置，此时锁紧爪使定位柱受力，使得定位球到达目标位置，完成整个的定位过程。
图中的5为中间块；7为对第三反射镜测试用的平面镜；8为激光字准直仪。
控制上采用deltatau公司的pmac运动控制器作为主控制器，主机与pmac通过以太网通讯，通过编写pmac内部的plc运动控制程序的算法来实现两个电机的协调工作，plc控制程序算法的特征在于：实现整个焦点切换过程的自动化，使用合理的控制逻辑过程，保证整个过程的安全性和可靠性，其具体的算法实现如下:
openplc10clear
p702=10
if(p706=1)
p700=0
while(p700<1000)
p700=p700+1
endwhile
if(m7000=0andm7001=0)
p701=1
command"#1k"
m140=0
p702=5
m7026=0
endif
p700=0
while(p700<1000)
p700=p700+1
endwhile
if(m7000=1andm7001=0andp701=1)
p701=0
p702=6
p705=0
m7026=1
command"#7j:-1030"
p700=0
while(p700<150000)
p700=p700+1
endwhile
command"#7k"
command"i722=1.5"
command"#1j=2300000"
p700=0
while(p700<10000)
p700=p700+1
endwhile
while(m140=0)
endwhile
command"#1k"
p700=0
while(p700<1000)
p700=p700+1
endwhile
m7026=0
m140=0
endif
p700=0
while(p700<1000)
p700=p700+1
endwhile
if(m7000=0andm7001=1andp701=1)
p701=0
p702=7
p705=0
m7026=1
command"#7j:500"
p700=0
while(p700<100000)
p700=p700+1
endwhile
command"#7k"
command"i722=1.5"
command"#1j=2234000"
p700=0
while(p700<10000)
p700=p700+1
endwhile
while(m140=0)
endwhile
command"#1k"
p700=0
while(p700<1000)
p700=p700+1
endwhile
m7026=0
m140=0
endif
p700=0
while(p700<1000)
p700=p700+1
endwhile
if(m7000=1andm7001=1)
command"#7k"
command"#1k"
endif
if(m740=1andp705=1)
p702=8
command"i722=0.15"
command"i122=128"
p700=0
while(p700<1000)
p700=p700+1
endwhile
command"#7j-"
endif
if(m740=1andp705=2)
p702=9
command"i722=0.15"
command"i122=128"
p700=0
while(p700<1000)
p700=p700+1
endwhile
command"#7j+"
endif
endif
close
两个电机采用一台步进电机和一台伺服电机，步进电机主要实现第三反射镜的旋转运动，伺服电机实现定位机构的定位运动，定位精度由伺服电机的定位精度与机械结构的定位精度共同保证。优化控制程序，保证定位柱和定位球能刚好轻轻碰触，此操作是由于步进电机断电后可以自由转动，因此在锁紧的时候，摩擦环和小摩擦轮之间为滚动摩擦而不是滑动摩擦，减小了因滑动摩擦带来的阻力，使得定位精度能更高。
测试方法如下：在第三反射镜的旋转机构上安装一块平面镜，将激光自准直仪架设在望远镜外，通过高度轴中心孔对准平面镜。当平面镜角度发生变化时，激光自准直仪可以测出平面镜的偏角。
测试重复精度时，按以下步骤进行：
1.记录激光自准直仪的初始读数；
2.将第三反射镜的定位机构松开；
3.将第三反射镜的旋转移开约180度；
4.再将第三反射镜的旋转回到初始位置；
5.锁紧第三反射镜的定位机构；
6.记录激光自准直仪的读数并与初始读数进行比较得出重复定位精度；
7.重复步骤2～6，进行多次测量；
8.改变镜筒高度角，重复步骤1～7。
本发明适用于天文望远镜第三反射镜的高精度旋转定位装置及控制方法，可依据本发明权利要求书中所提出的各项特征，并结合各望远镜具体要求，对其定位和切换装置进行详细的结构设计。
本发明公开了一种适用于天文望远镜第三反射镜的高精度旋转定位装置及控制方法，结构简单、成本低、对成像质量无影响，可在计算机控制下实现多个焦点的快速切换，重复定位精度高。
本发明为详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。