基于FPGA的多軸步進電機控制系統(tǒng)*

王 剛，林佳本，郭晶晶，張鑫偉 ，佟立越，白 陽，陳垂裕

(1. 中國科學(xué)院國家天文臺，北京 100101；2. 中國科學(xué)院太陽活動重點實驗室，北京 100101；3. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

觀測是太陽物理研究中最重要的技術(shù)手段之一，自1612年伽利略開始使用望遠鏡觀測太陽黑子至今，每一次太陽觀測儀器或技術(shù)的革新都極大地推動了太陽物理學(xué)研究進展[1]。懷柔太陽觀測基地(Huairou Solar Observation Station)是中國科學(xué)院國家天文臺的重要觀測基地之一。自1984年建站至今30余年，懷柔基地在太陽磁場與速度場的觀測研究領(lǐng)域已躋身世界前列[2-4]。太陽磁場望遠鏡以及多通道太陽望遠鏡[5]的研制成功，極大地推進了國內(nèi)外實測太陽物理事業(yè)的發(fā)展。

太陽望遠鏡主要由光學(xué)系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)以及電子學(xué)系統(tǒng)3部分組成。為保證望遠鏡的高質(zhì)量運行，懷柔太陽觀測基地技術(shù)團隊結(jié)合現(xiàn)有的先進技術(shù)，對望遠鏡進行了全面的升級改造[6-7]。本文介紹的多軸步進電機控制系統(tǒng)，是望遠鏡電子學(xué)系統(tǒng)的重要組成部分。以懷柔多通道太陽望遠鏡為例，儀器內(nèi)部采用17個步進電機作為驅(qū)動源，對濾光器以及偏振分析器中可移動光學(xué)器件的空間位置進行精確調(diào)整，以實現(xiàn)對不同波長磁敏感線的窄帶測量。步進電機控制系統(tǒng)的準確性、穩(wěn)定性以及控制效率直接影響太陽磁場觀測數(shù)據(jù)的精度和時間分辨率。

懷柔基地早期采用的步進電機控制架構(gòu)以計算機為控制核心，集成數(shù)字輸入/輸出(I/O)卡生成控制信號，結(jié)合電機驅(qū)動器實現(xiàn)對步進電機的精確控制[8]。……