论文总字数：27465字

摘 要

天文学在人类生产生活中起着重要作用，其研究成果成功应用于测绘、导航、授时、物理等各个方面，而天文望远镜的发展极大推动了现代天文学的进步。目前，南极地区以其优良的台址环境吸引了越来越多的望远镜安装于此。但南极地区环境恶劣，并具有无人值守的特点，为降低极端环境的风、雪等因素的影响，需要建造高可靠并耐低温的圆顶系统。

本课题实现了对南极望远镜圆顶控制系统的研究，分为圆顶控制、位置检测、故障监控和远程通讯四个模块，完成了方案的设计、设备选型及其可靠性分析以及软硬件方面具体的实现，满足了主轴位置分辨率的精度要求。其中使用变频器实现驱动电机来控制圆顶，使用旋转变压器来实现圆顶位置信息的采集与反馈，使用加速度传感器与噪声传感器实现对电机系统在振动与噪声信息的采集，通过VC 编写了主控制程序， MATLAB编写了振动与噪声信号分析处理程序，并将两个程序进行了整合，且主控制程序使用了多线程技术极大提高了效率，支持远程通信。经过多次软件长时间运行测试与电机的低温测试实验，表明该系统稳定可靠。

关键词：圆顶系统，变频器，旋转变压器，MFC，远程通信

Abstract

Astronomy plays an important role in human production and life whose research results have been successfully applied to various aspects such as surveying, mapping, timing, and physics. The development of astronomical telescopes has greatly promoted the progress of modern astronomy. At present, the Antarctic region has attracted more and more telescopes to its excellent site environment. However, the environment in the Antarctic region is harsh and unattended. In order to reduce the influence of wind, snow and other factors in extreme environments, it is necessary to build a highly reliable and low-temperature dome system.

This topic implements the research on the dome control system of the Antarctic telescope. It is divided into four modules: dome control, position detection, fault monitoring, and remote communication. The design of the program, equipment selection, reliability analysis, and hardware and software aspects are completed. The specific implementation satisfies the accuracy requirement of the spindle position resolution. The inverter is used to drive the motor to control the dome, the rotary transformer is used to realize the collection and feedback of the dome position information, the acceleration sensor and the noise sensor are used to realize the collection of the vibration and noise information of the motor system, and the main control is written through VC . Program, MATLAB prepared the vibration and noise signal analysis and processing program, and the two programs were integrated, and the main control program uses a multi-threaded technology to greatly improve the efficiency and support remote communications. Many long-time software tests and low-temperature test of the motor have shown that the system is stable and reliable.

KEY WORDS: dome system, inverter , resolver, MFC, telecommunications

目 录

·

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 研究现状分析 1

1.2.1 天文望远镜研究现状 1

1.2.2 圆顶控制系统研究现状 2

1.2.3 望远镜故障诊断系统研究现状 2

1.3 主要研究内容 2

第二章 系统组成与结构 4

2.1 系统框图及介绍 4

2.2 模块功能介绍 6

2.2.1 圆顶控制 6

2.2.2 位置检测 6

2.2.3 故障监控 6

2.2.4 远程通讯 7

2.3 本章小结 6

第三章 系统功能实现 8

3.1 圆顶控制 8

3.1.1 原理分析 8

3.1.2 硬件部分 8

3.1.3 软件部分 12

3.2 位置检测 17

3.2.1 原理分析 17

3.2.2 硬件部分 17

3.2.3 软件部分 19

3.3 故障监控 21

3.3.1 原理分析 21

3.3.2 硬件部分 22

3.3.3 软件部分 25

3.4 远程通讯 26

3.4.1 原理分析 26

3.4.2 软件部分 27

3.5 本章小结 26

第四章 实验与测试 29

4.1 噪声与振动测试处理实验 29

4.2 低温实验 31

4.2.1 实验介绍 31

4.2.2 实验现象及数据 31

4.2.1 实验结果分析 31

4.3 本章小结 38

第五章 总结与展望 39

5.1 完成的工作 39

5.2 心得与不足 39

致 谢 41

参考文献 42

• 1. 绪论
     1. 研究背景及意义

中国是发展天文学最早的国家之一，自古以来便有天文学方面的文献记载，尤其到战国秦汉时期形成了以历法和天象观测为中心的完整的体系。天文学相关的技术与知识在人类的生产和生活中起着重要作用，包括测绘、导航、授时、物理学等各方面都离不开天文学。望远镜的发明使人类的视野不断扩大，可以说没有天文望远镜的应用发展，就没有现代天文学的进步。

自七十年代至今，天文望远镜系统日渐庞大，涉及领域也日渐变广，包括光学、力学、计算机、自动控制和精密机械等。望远镜的圆顶系统作为其保护系统，是地面光学天文台最为显著的标志性建筑物，可以大幅度降低外界风、雨、雪、灰尘等恶劣环境对整个系统正常运行的影响^[1]。传统圆顶系统包括一个可以开启和关闭的天窗，和一个用电机控制作方位转动的半球壳体，一般采取隔热措施，可以有效减少室内的温度变化。最典型的圆顶控制方式有随动式和全开式^[2]，随动式圆顶会随镜头同步移动，而全开的蚌壳式圆顶，圆顶完全打开，对望远镜不存在遮挡，因此仅需要开始观测前将圆顶打开，观测过程中无需对圆顶进行控制。

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