LabVIEW和PXI硬件对欧洲超大望远镜的主反射镜位置调整执行器进行控制

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1、^rN4JK>NAL^INSTRUMENTSLabVIEW和PXI硬件对欧洲超大望远镜的主反射镜位置调整执行器进行控制e-elt分段反射&下方的位置谀整执行器nNIPXI平台帮助我们在保持系统灵活性和实时性的同时显著减少了开发时间，而且能够满足我们对电子/软件方面的设计要求。使用LabVIEW,可以在同一个软件环境中对实时控制器和FPGA模块进行编程，帮助我们快速集成系统，并确保系统独立、可靠。”TheChallenge:・MiguelNunez,InstitutodeAstrofisicadeCanarias开发一个电子装置以及嵌入式控制软件，用于对欧洲超大

2、望远镜(EuropeanExtremelyLargeTelescope,E-ELT)中主反射镀的三个位SB调整执行器的原型机进行控制和调整，从而实或以纳米级的精度对90Kg的圭物进行位置调整。这将作为未来之量产化电子设计的概念原型。TheSolution:基于NlPXI平台运行的NlLabVIEWReal•Time和LabVIEWFPGA模块，可以提供灵活的接口来与多种设备通信.并且能够在保证较低的延迟和抖动下实现1kHz的外部位置控制指令更新率；而对于实现内部定位的数据采样和伺服控制来说，则可实现更高的循环速率。Author(s):MiguelNufiez-

3、InstitutodeAstrofisicadeCanariasYolandaMartin・InstitutodeAstrofisicadeCanariasMarcosReyes-InstitutodeAstrofisicadeCanariasTeodoraViera・InstitutodeAstrofisicadeCanariasE-ELT是欧洲南方天文台(EuropeanSouthernObservatory,ESO)倡议建设的一个直径42米的望远镜，用于为天文学领域的最新研究探索提供支持。该主反射镜由984个镜面组成。如图4所示，每个镜面，可以通过三个位

4、置执行器实时移动，用于对支撑结构因更力、温度、风动等因紊所导致的变形进行补偿。西班牙航空系统公司(CompaniaEspanoladeSistemasAeronauticos,CESA)负责对三个位直执行器原型的机械结构进行设计和开发，而加纳利天体物理学研究所(InstitutodeAstrofisicadeCanarias,IAC)则负责对系统中的电子装置、软件和伺腿控制进行开发。执行器开发中最具挑战性的要求包括：达到15mm的行程、支撐90kg的重物、追踪缓坡信号时实现170纳米以下的均方根误差(rootmeansquareerror,RMSE)、1kHz

5、外部位直控制指令更新率，以及确保极低的延迟和抖动(如图1)o执行器机械设计方案分为两个阶段。在粗调阶段：使用无刷电机,实现一个大的调整行程和较粗的分錨率；在微调阶段：使用一个音圈电机,实现高分辨率、高带宽和小调整行程。每个调整阶段都将使用独立的电源设备、反馈传感器和伺服控制器。粗调和微调控制器协调工作，最终实现执行器的位置调整。电子裝直和软件是位于PXI机箱中，用于实现整体协调、外部命令管理、功能调试和伺服控制，运行有实时操作系统的控制器，可以实现极大的灵活性和计算能力。其中，快速微调伺服控制器通过NIPXI・7842R现场可编程门阵列(FPGA)模块实现；而

6、煖慢的粗调控制器则是通过NlPXIe・8130控制器实现。此外，该软件设计分为两个部分：执行器的嵌入式控制软件和一个望远镜模拟器，后者可以作为辅助工具，用于模拟望远镜计算机与执行器之间的交互。执行器软件执行器控制软件是由位于NlPXIe-8130实时控制器中的程序模块和位于PXI-7842RFPGA留能数据采集卡中的程序模块组成。实时控制器中的程序模块中含有每个驱动器的具体功能，包括：初始状态检査、状态机.状态字、错误寄存器以及配薩参数官理。同时也包含其它任务，包括：通过串行外设接口(serialperipheralinterface,SPI)收发外部命令来检

7、查FPGA卡的输入；通过CAN或CANopen总线控制无刷电机驱动器，来实现粗调伺服控制；管理用于调试的循环缓冲器并同步接收来自FPGAFIFO的数据，通过UDP/IP读取传感器的反馈。FPGA卡则实现了SPI从属端的功能，负责微调伺服控制、模拟信号写入和读取.并且通过FIFO将数摇传递至实时控制器来实现同步。望远镜模拟器为根据要求对位置执行器进行测试•我们开发了另外一个软件，用来模拟望远傥计算机(通过SPI接口与位置执行器通信)。这一计算机扮演清SPI主控器的角色.而执行器則位于SPI从属端。此模拟程序以1kHz的速率发送数百万个的位置命令，并以1KHz的速

8、率通过SPI总线读取从属端的反应。此外