EPICS在望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、自1609年意大利人伽利略組合第一臺(tái)天文望遠(yuǎn)鏡以來(lái)，隨著電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，望遠(yuǎn)鏡設(shè)備愈來(lái)愈呈現(xiàn)大型化，復(fù)雜化趨勢(shì)，我國(guó)正在建設(shè)的貴州平塘射電望遠(yuǎn)鏡最大口徑已達(dá)500米。這一趨勢(shì)帶來(lái)了望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，需要多臺(tái)計(jì)算機(jī)協(xié)同操作，每臺(tái)計(jì)算機(jī)分別控制不同硬件部分，組成一個(gè)控制局域網(wǎng)絡(luò)，因此現(xiàn)代大型望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)都是分布式的。系統(tǒng)從上至下，分為三個(gè)層次，上層主要集中在整個(gè)望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)控制以及數(shù)據(jù)處理等，底層主要是對(duì)硬件設(shè)備的具體控

2、制，中間層進(jìn)行從上層到底層的轉(zhuǎn)發(fā)操作。由于大型望遠(yuǎn)鏡的設(shè)備是由不同研究機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)，因此設(shè)備間以及不同的設(shè)備的研究機(jī)構(gòu)的軟件技術(shù)的協(xié)同工作顯得尤為重要。另外，由于望遠(yuǎn)鏡設(shè)備的復(fù)雜性，望遠(yuǎn)鏡的底層控制需要很好的硬實(shí)時(shí)性，底層的硬件設(shè)備需要實(shí)時(shí)的接收上層控制系統(tǒng)命令并做出相應(yīng)的變化;相同，上層接收底層硬件設(shè)備的反饋必須有很好的實(shí)時(shí)性，望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)根據(jù)望遠(yuǎn)鏡的狀態(tài)進(jìn)行閉環(huán)控制。大多數(shù)望遠(yuǎn)鏡相關(guān)設(shè)備的研究機(jī)構(gòu)都有自己的特色控制系

3、統(tǒng)，采用不同的軟件技術(shù)和軟件平臺(tái)，在集成大型望遠(yuǎn)鏡的中央控制系統(tǒng)中需要針對(duì)不同的望遠(yuǎn)鏡設(shè)備控制系統(tǒng)做不同的事情，對(duì)不同類(lèi)型的設(shè)備控制系統(tǒng)完成不同的接口，以完成設(shè)備間的通信過(guò)程。
　　綜上所述，現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)中有兩種很重要的需求，要具有很好的實(shí)時(shí)性且分布式運(yùn)行的望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)軟件，即硬實(shí)時(shí)性和分布式。EPICS(The Experimental Physics and Industrial Control System)框架正是

4、為了滿(mǎn)足大型物理實(shí)驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性而研發(fā)的，具有很好的實(shí)時(shí)性，EPICS控制系統(tǒng)框架每秒指令的并發(fā)數(shù)可以達(dá)到數(shù)千條，甚至可以直接嵌入硬件設(shè)備運(yùn)行其中，這樣硬件的控制更加實(shí)時(shí)。本文通過(guò)FAST(The five-hundred-meter aperturespherical radio telescope)望遠(yuǎn)鏡反射面控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，采用被廣泛應(yīng)用的EPICS技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)FAST望遠(yuǎn)鏡反射面的控制系統(tǒng)，成功在FAST密云模型上進(jìn)行

5、試驗(yàn)。在南極小望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目中，采用EPICS技術(shù)實(shí)現(xiàn)每個(gè)設(shè)備的控制程序，并修改開(kāi)源的可自主控制的小望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)框架RTS2(Remote Telescope System，2nd Version)，使其可以接入EPICS的IOC(Input/Output controller)類(lèi)型的設(shè)備控制程序，集成的控制系統(tǒng)既有了EPICS的實(shí)時(shí)性，也有了RTS2的自主控制、可遠(yuǎn)程操作等特點(diǎn)。
　　本論文主要的工作如下:
　　1.詳細(xì)介紹

6、EPICS的框架與架構(gòu)，對(duì)其每部分的功能與工具進(jìn)行了介紹，最后介紹EPICS在實(shí)驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。
　　2.基于EPICS的FAST反射面控制程序設(shè)計(jì)，針對(duì)底層區(qū)域控制單元，實(shí)現(xiàn)IOC程序控制反射面節(jié)點(diǎn)，并在FAST密云模型上進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，得到了很好的驗(yàn)證。
　　3.在南極望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目中，在開(kāi)源的小望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)程自主控制系統(tǒng)RTS2基礎(chǔ)上，通過(guò)修改以接入EPICS設(shè)備控制IOC程序，并能實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡原有功能，利用修改后的控制系