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京大岡山 3.8m 望遠鏡 分割鏡制御に用いる アクチュエータの特性評価

京大岡山 3.8m 望遠鏡 分割鏡制御に用いる アクチュエータの特性評価. 京都大学大学院　理学研究科 宇宙物理学教室 　長友　竣 、木野 勝. 制御対象と目標. 1/11. 制御対象 ・・・セグメント鏡 18枚 エッジ センサ 60 個 1 秒間に～ 100 回の アクチュエータ 54 個 フィードバック 目標 重力変形 熱変形 < 50nm に抑制 風による変形 (~ 数 Hz) → アクチュエータの特性をモデル化. 評価対象. 2/11. LAH-46-1002-F-L （ハーモニック・ドライブ・システムズ社）

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京大岡山 3.8m 望遠鏡 分割鏡制御に用いる アクチュエータの特性評価

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Presentation Transcript

  1. 京大岡山 3.8m 望遠鏡分割鏡制御に用いるアクチュエータの特性評価 京都大学大学院　理学研究科宇宙物理学教室 　長友　竣、木野 勝

  2. 制御対象と目標 1/11 • 制御対象・・・セグメント鏡 18枚 エッジセンサ60個1秒間に～100回の アクチュエータ54個フィードバック • 目標 重力変形熱変形<50nmに抑制風による変形(~数Hz) → アクチュエータの特性をモデル化

  3. 評価対象 2/11 LAH-46-1002-F-L（ハーモニック・ドライブ・システムズ社） DCモーター / ロータリーエンコーダ / ボールねじ 動作の数式モデル 摩擦の係数 電磁力の係数 粘性の係数 : モータの回転角度 : コイル電流

  4. ステップ応答測定 3/11 • ステップ電流応答を振幅を変えて測定 • 動作可能な最小電流値 摩擦vs電磁力 • 粘性による動作の時定数 • 測定条件 • 波形：3値矩形波 • 電流振幅 ： 0.4, 0.3,0.2,0.1, 0.05, 0.025 A • 周期 ： 4秒 • 繰り返し回数 ： 10回 1s

  5. 測定システム 4/11 変位 センサ 任意波形 発生器 直流 モーター 電圧−電流変換回路 電流計 ロータリーエンコーダ 1k サンプル/秒 で計測

  6. 測定結果 5/11 i ~ 0.4A エンコーダ角度[rad] 0 -4000 1 2 3 20 4000 角速度 [rad/s] 0 -4000 0 20 40経過時間 [sec]

  7. フィッティング 6/11 • 電磁力の係数 B摩擦の係数 C粘性の係数 D • 最小二乗法を用いて 1回の動作ごとにフィッティング 0.4A 13回目の動作 0 角速度[rad/s] -4000 0 0.2 1.0 経過時間[sec]

  8. 最小駆動電流 7/11 • 電磁力の係数 B B [Nm/A] 0.4A 0.3A 0.2A • 摩擦力の係数 C |C| [Nm] • 電磁力 ≥ 摩擦 0.3A 0.4A 0.2A 電磁力 摩擦力 0 0 20 0 20 20 n回目の動作

  9. 動作の時定数 8/11 • 粘性の係数 0 粘性の係数 D [Nms/rad] • 粘性による速度変化の時定数 0.2A 0.4A 0.3A -25 0 20 0 20 0 20 目標の制御帯域 ～10Hz Feedback周波数 ～100Hz n回目の動作

  10. 摩擦の詳細測定 9/11 最小駆動電流～0.1A周辺を詳細に測定 測定システムは先程と同じ ・入力電流： 2値矩形波 • 周波数 : 0.5Hz • 振幅 : 25～125mA ・定常状態に達したあとの速度(終端速度)を測定

  11. 最大静止摩擦の測定 10/11 10μm/secのジャンプ センサの読出し周期 ～１0msec 100nmのオーバーシュート 86mA

  12. まとめと今後の展望 11/11 • アクチュエータのステップ電流応答から動作モデルを推定 時定数 ： 0.08 sec最小駆動電流 ： 86 mA • i=86mAで10μm/secの速度ジャンプ → 100nmのオーバーシュートは不可避？ • 今後、アクチュエータの周波数応答測定　　→システム同定・パラメータ決定 • 要求性能を満たす制御システムが構築可能か検討

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