ПРИМЕНЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
УДК 520.272.28
СИСТЕМА НАВЕДЕНИЯ РАДИОТЕЛЕСКОПА РТ-32
© 2012 г. М. Н. Кайдановский, Н. Ю. Белоусов, В. Ю. Быков, Г. Н. Ильин, И. Г. Рубин, В. Г. Стэмпковский, А. М. Шишикин
Институт прикладной астрономии РАН Россия, 191187, С.-Петербург, наб. Кутузова, 10 Поступила в редакцию 20.07.2011 г.
Радиотелескопы РТ-32 радиоинтерферометрического комплекса Российской академии наук "Ква-зар-КВО" оснащены уникальными антеннами 032 м. Они обеспечивают проведение радиоастрономических наблюдений в сантиметровом диапазоне волн как в составе сети радиотелескопов, так и в режиме одиночного телескопа. Конструкция антенной системы обладает значительными размером и весом, что определяет технические трудности по управлению движением РТ-32. Электропривод антенной системы должен обеспечивать два сильно различающихся режима использования: с одной стороны, режим быстрой смены положения, а с другой — прецизионное отслеживание заданной траектории космического источника радиосигнала. Высокая эксплуатационная нагрузка и требования по использованию радиотелескопов в составе радиоинтерферометрических сетей накладывают на электропривод и систему управления жесткие требования по надежности. Система наведения состоит из подсистем, содержащих двигатели постоянного тока, силовое электрооборудование для управления двигателями, датчики положения на основе вращающихся трансформаторов и другие элементы. Интеграция всех подсистем осуществляется с помощью устройств коммутации управляющих сигналов и устройств преобразования координат. Работа системы подчинена рабочей станции контроля и управления, основу которой составляет промышленный компьютер со специально разработанным программным обеспечением.
1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АНТЕННОЙ СИСТЕМЫ РАДИОТЕЛЕСКОПА
Многоволновой прецизионный радиотелескоп нового поколения с 0 зеркала 32 м был разработан и изготовлен в рамках проекта по созданию национальной радиоинтерферометрической сети "Квазар-КВО" [1—4]. В настоящее время построены и активно работают три радиотелескопа в обсерваториях "Светлое" в Ленинградской области, "Зеленчукская" на Северном Кавказе и "Бадары" вблизи озера Байкал. Радиотелескоп обсерватории "Бадары" представлен на рис. 1.
Радиотелескоп предназначен для фундаментальных исследований небесных объектов различной природы в диапазонах волн от 1.35 до 21 см [5—8]. Основным элементом радиотелескопа является рефлекторная антенная система (а.с.). Антенная система построена по модифицированной схеме Кассегрена с квазипараболическим основным зеркалом и квазигиперболическим вторичным зеркалом (контррефлектором) 04 м. Важной особенностью фокусирующей системы является небольшое отклонение фокальной оси вторичного зеркала от оси вращения квазипараболоида основного зеркала. Такая схема ориентации осей позволяет разместить первичные облучатели приемных устройств радиотелескопа [9, 10] на окруж-
ности диаметром около 3 м и обеспечить оперативное переключение диапазонов принимаемых сигналов за счет настройки положения контррефлектора [3].
Опорно-поворотное устройство антенной системы обеспечивает вращение по азимуту и углу места. Электропривод главного зеркала обеспечивает перемещения а.с. в пределах углов ±270° по азимуту и 0—90° по углу места.
Азимутальное движение а.с. осуществляется по круговому рельсовому пути 040 м. Азимутальный привод состоит из четырех спаренных тележек, каждая из которых оснащена двумя парами двигателей постоянного тока разной мощности.
Значительный вес конструкции РТ-32 (более 600 т) и требования, предъявляемые к динамическим характеристикам движения радиотелескопа, определяют параметры электропривода антенной системы и системы управления.
Электропривод обеспечивает высокую скорость перемещения по азимутальной (до 1.5 град/с) и уг-ломестной (до 1 град/с) координатам с ускорением до 0.8 град/с2 на этапе разгона [3]. При этом система управления а.с. должна контролировать динамику движения радиотелескопа таким образом, чтобы обеспечить требуемую точность, отсутствие колебаний, динамичный, но плавный разгон и такое же торможение, а также исключить
Рис. 1. Антенная система радиотелескопа РТ-32 комплекса "Квазар-КВО"
ударные нагрузки на конструкцию радиотелескопа. При возникновении нештатных ситуаций должно быть обеспечено выполнение безопасной остановки радиотелескопа.
Электропривод а.с. работает в двух режимах. Переброс а.с. в заданную область происходит с помощью более мощных двигателей большой скорости и используется для максимально быстрой смены ориентации главного зеркала антенны при переходе к следующему объекту наблюдения. Режим сопровождения источника обеспечивается двигателями малой скорости, которые включаются после достижения антенной системой расчетной окрестности координат радиоисточника в пределах ±2'. С помощью двигателей радиотелескоп выходит на требуемую траекторию и сопровождает источник радиосигнала.
Требования к точности сопровождения определяются, как 1/20 ширины диаграммы направленности радиотелескопа по половинной мощности 005 = кХ/Б, где к — коэффициент порядка единицы, зависящий от эффективности облучения зеркала, Х — длина волны, Б — диаметр антенны. Для самой короткой волны Х = 1.35 см величина 005 составляет 1.5', и таким образом требуемая погрешность сопровождения не должна превышать ±5".
Обе скорости движения а.с. радиотелескопа — большая и малая — реализованы в электроприводе с помощью разнотипных двигателей постоянного тока, подключенных через редукторы с соответствующими передаточными числами. Переклю-
чение скоростей осуществляется системой планетарных муфт и дисковых тормозов.
Электропривод контррефлектора построен по односкоростной схеме и позволяет перемещать вторичное зеркало на расстояние ±75 мм по трем линейным координатам и вращать вокруг оси на 360°. Требования по точности установки контррефлектора также весьма высоки и составляют ±0.01 мм по линейным координатам X, У и Zи ±1' по угловой координате у.
Структура системы управления электроприводом а.с. представлена на рис. 2. Управление электроприводом радиотелескопа происходит в следующем порядке. Команды от центрального компьютера радиотелескопа [11—13] передаются на рабочую станцию контроля и управления (РСКУ), далее на аппаратуру автоматики системы наведения, которая обеспечивает управление силовыми устройствами электропривода. В состав аппаратуры автоматики системы наведения входят блоки коммутации сигналов управления, блоки возбуждения двигателей (БВД) и тиристорные преобразователи (ТП) для питания якорных цепей двигателей электропривода а.с. радиотелескопа. Коммутирующие устройства автоматики системы наведения сосредоточены в соответствующих блоках управления и коммутации БУК-М электропривода главного зеркала, БУК-КР для контррефлектора радиотелескопа.
В управляющем компьютере РСКУ формируется последовательность команд, которая передается на аппаратуру системы наведения [14], и вычисляется разность между заданным и текущим
РСКУ
УПК
БУК-М
Стойка
ТП А3 №1
Стойка
ТП А3 №2
Л
Стойка ТП УМ
ШЗД
ДП
Двигатель
Электромеханический привод главного зеркала
Стойка БВД
X
У
ТП-КР У
г
1
1
1
Двигатель
Н
п
и
Электромеханический привод контррефлектора
Рис. 2. Функциональная схема системы контроля и управления электроприводом а.с. радиотелескопа РТ-32. РСКУ — рабочая станция контроля и управления; УПК — устройство преобразования координат; БУК-М — блок управления и коммутации модернизированный; БУК-КР — блок управления и коммутации контррефлектора; ТП — тири-сторные преобразователи; БВД — блоки возбуждения двигателей; АЗ — азимут; УМ — угол места; ШЗД — шкаф защиты двигателей; ДП — датчики положения.
положениями а.с. радиотелескопа, получаемыми от датчиков и устройства преобразования координат (УПК). По результатам вычислений задается требуемая динамика движения а.с. радиотелескопа и формируется соответствующее управляющее напряжение, определяющее скорость движения а.с.
Получив команду от РСКУ, коммутационный блок БУК-М включает в соответствии с заданным алгоритмом необходимые исполнительные устройства и коммутирует управляющие напряжения в зависимости от скоростного диапазона и положения антенны. Исполнительные устройства, в свою очередь, подают питание на двигатели и тормозные устройства а.с., а также сообщают в блок коммутации о своей исправности и о факте выполнения команды.
2. СОСТАВ И НАЗНАЧЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Аппаратура электропривода а.с. радиотелескопа смонтирована в семи стандартных стойках и размещается в помещении кабельной петли в основании опорно-поворотного устройства антенны радиотелескопа РТ-32.
2.1. Электропривод главного зеркала
Состав аппаратуры электропривода главного зеркала а.с. радиотелескопа во многом определяется типом используемых электродвигателей.
В приводе большой скорости использованы восемь двигателей постоянного тока ДПМ-42 по азимутальной координате и четыре аналогичных двигателя по угломестной координате. В приводе малой скорости работают двигатели постоянного тока ДПМ-11: восемь по азимуту и два по углу места.
Питание якорей электродвигателей обеспечивают тиристорные преобразователи двух типов (различающихся по мощности). Для защиты электродвигателей от перегрузок в якорные цепи включены автоматические выключатели. Питание обмоток возбуждения электродвигателей осуществляется от блоков возбуждения БВД, которые обеспечивают также управление планетарными муфтами и тормозами малой скорости, срабатывающими при переключении диапазона скоростей движения а.с. радиотелескопа.
2.2. Электропривод контррефлектора
Контррефлектор радиотелескопа перемещается по четырем координатам для обеспечения фокусировки а.с. на разных диапазонах длин волн.
Рис. 3. Базовый модуль возбуждения двигателей.
Все четыре электропривода построены по одной схеме и состоят из двигателя с редуктором, датчика угла поворота, определяющего положение контррефлектора, и датчика предельных перемещений, задающего максимальный диапазон пере
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.