使用LabVIEW 等硬件對歐超大望遠鏡的主反射鏡位置調整執行器進行控制

　　望遠鏡模擬器

　　為根據要求對位置執行器進行測試，我們開發了另外一個軟件，用來模擬望遠鏡計算機(通過SPI接口與位置執行器通信)。這一計算機扮演著SPI主控器的角色，而執行器則位于SPI從屬端。此模擬程序以1 kHz的速率發送數百萬個的位置命令，并以1KHz的速率通過SPI總線讀取從屬端的反應。此外，它還以5kHz的速率從一個安裝于機械測試臺上的附加外部位置傳感器讀取數據，用于對位置執行器的內部傳感器進行交叉檢查。這三個循環都需要以優于200us的精度進行同步，對數據進行二進制格式的存儲以用于離線分析。在長為一小時的測試中，所存儲的文件將大于100 MB。圖2中的圖形用戶界面顯示了命令管理、以及附加外部位置傳感器數據的時域和頻域同步顯示。

　　我們所采用的解決方案使用一個帶有數字I/O的NI PCI -7811R FPGA卡，安裝在基于Windows XP的電腦上(如圖2所示)。

　　兼具實時性和靈活性

　　執行器的電子控制裝置和軟件包含多種接口(如圖3所示)，而且其中大部分接口都可以在開發的初始階段進行更改，包括：

　　帶有4MHz時鐘的SPI接口，能夠每ms接受一個外部命令

　　CAN總線接口，對粗調電機進行控制，并使用CANopen作為應用層協議，提供諸如行程限位和硬件報警等信息

　　模擬輸出接口，控制微調音圈電機

　　模擬輸入接口，監視微調音圈電機的當前狀態

　　基于以太網的UDP/IP協議接口，讀取外部位置傳感器的電子裝置中的數據

　　基于以太網的TCP/IP協議接口，下載并調試輔助的離線數據

　　數字輸入接口，用于讀取原點位置傳感器的數據

　　使用這些接口需要極大的靈活性。

　　如下功能則需要實時特性：

　　使用SPI從屬設備以80MHz的速率讀取數字輸入，在幾微秒的時間內對一個新的外部命令作出響應

　　執行快速微調伺服控制，包括基于若干個2kHz到10kHz濾波器的PID(比例微分積分 - proportional integral derivative)控制，并且在開發的最后階段可調

　　同步并存儲二進制數據文件，用于SPI外部命令(1kHz)、音圈電機當前模擬輸入(2kHz)、基于以太網的位置傳感器數據采集(2–10 kHz)和伺服控制器內部變量(2–10 kHz)等數據的離線分析

　　使用商業現成可用的(commercial off-the-shelf，COTS)的平臺滿足這些要求，需要在靈活性和實時性之間作出折衷。然而，通過使用NI硬件，并通過LabVIEW Real-Time 和 LabVIEW FPGA模塊進行編程，我們所獲得的實時特性超出了上述要求，而且各種接口均可調整，無需犧牲靈活性(圖3)。

　　結論

　　NI PXI平臺幫助我們在保持系統靈活性和實時性的同時顯著減少了開發時間，而且能夠滿足電子裝置/軟件方面的設計要求。使用LabVIEW，可以在同一個軟件環境中對實時控制器和FPGA模塊進行編程，幫助我們快速集成系統，并確保系統獨立、可靠。此外。此外，NI工程師為我們提供了快速且有效的幫助，讓我們更快完成開發。