Selbstbauencoderlösung für G11

  • Hallo allerseits,
    ich bastele schon seit geraumer Zeit an einer Encoderlösung für meine Losmandy G11, sodass ich hier mal kurz meine Erfahrungen diesbezüglich kundtun möchte.
    Prinzipiell entspricht das grobe Design dem eines TDM (teleskop drive master). Der Encoder ist in meinem Falle ein Heidenhain ERN180 mit d50mm durchgehender Hohlwelle, welcher mit einem Adapter mechanisch an der RA-Achse geklemmt wird. Der Encoder ist funktionell ein sogenannter Sinusencoder mit 5000 Strichen, welche zur Erhöhung der Auflösung zwischen den "Strichen" interpoliert werden können. Für eine Auflösung von 1 Bogensekunde sind ja 1296000 Unterteilungen des Vollkreises notwendig, sodass die Sin/Cos-Spannung des Encodersignals dafür mit einer Auflösung von etwa 1/260 (spannungs und zeitaufgelöst) gemessen werden müsste. Über die intrinsiche Absolutgenaugkeit des Encoders lässt sich hierbei sicherlich streiten, aber dazu vielleicht noch später.
    Das Encoderausgangssignal besteht aus zwei 90°phasenverschobenen Spannungen (sin und cos) mit 1V peak to peak, welche sich mit einer geschickten Mikrokontrollerlösung relativ unproblematisch messen lassen sollten.
    Hierbei verwende ich ein STM32F3 Discovery board für ~15€, wobei dieses Board sich durch ordentliche Rechenpower und 4 sehr schnelle interne 12bit-ADCs (5Mhz) geradezu anbietet. Die eigentliche Programmierung ist zwar nicht gerade unkompliziert, aber im www. recht gut dokumentiert. Das Board hat eine eingebaute Echtzeituhr, aber diese ist in diese Hinsicht etwas zu ungenau, sodass eine externe um den Faktor 10 genauere und temperaturkompensierte DS3231 (Accuracy ±3.5ppm from -40°C to +85°C) zum Einsatz kommt. Diese erzeugt das Taktsignal (32768 Hz), welches eine Interruproutine zum zeitdiskreten Auslesen der ADCs triggert.
    Hierbei wird die Sinusspannung und die Cosinusspannung jeweils separat mit einem ADC ausgelesen und aus dem Quotienten der beiden Spannungen mit der Hilfe einer atan2-Funktion (die normale atan-Funktion nimmt die Vorzeichen nicht mit, sodass ohne Rücksprung nur ein Quadrant bestimmt werden kann) der Phasenwinkel innerhalb der Periode bestimmt, woraus wiederum der reale Drehwinkel berechnet wird. Dieser wird mit dem zeitdiskreten intern berechneten Drehwinkel verglichen, sodass eine Regeldifferenz dabei herauskommt, welche zum digitalen Ansteuern des Guiderports dient. Das funktioniert in erster Näherung soweit recht ordentlich (Indoor-Messungen der G11 ergeben recht reproduzierbar (+4arcsec/-7arcsec) ohne PEC), aber am realen Stern fallen doch einige Effekte auf, welche gehörig den Spass verderben und einer Korrektur bedürfen. Im Vergleich zur Guiding-Messung mit dem Teleskop gibt es frequenzdiskrete Modulationen, welche auf den Encoder als Problemquelle hinweisen. Nach einigen Tests ist auch klar was die Ursache ist, sodass zwei Effekte kompensiert werden müssen.
    Die Ausgangselektronik des Encoders gibt separat die Sinus- und Cosinusspannung aus, welche vektoriell als Lissaju-Figur einen idealen Kreis ergeben sollen. Hierbei müssen die Spannungen aber möglichst ohne Nullpunktoffset und mit gleicher Amplitude ausgegeben werden. Dies ist elektronisch anscheinend nicht ideal relaisiert, wobei der Nullpunktoffset etwa ~2% und die Amplitude ~4% differieren. Dies wird in der neuesten Programmversion nun in jeder vorausgehenden Periode gemessen und mittels Skalierungsfaktoren vorgehalten, sodass beispielsweise auch längerfristige Temperatureffekte kompensiert werden können. Parallel dazu versuche ich derzeit einen elektronischen "Tunnel" für die optisch gewonnenen Guidersignale zu realisieren, sodass das Encoderguiding in größeren Zeitabständen durch das optische Guiding überschrieben werden kann.
    Dies ist der letzte Entwicklungsstand, wobei es jetzt noch realer Messungen am gemeinen Stern bedarf.
    Vielen Dank für das Interesse und viele Grüße
    Tino

  • Vielleicht noch ein paar Betrachtungen zur Genauigkeit:


    Elektronischen Auswertung
    ADC 12bit - 4096 Stufen auf FullScale 0-3,3V = 0,8mV je Stufe,
    Meßspannung 1V (pp) ergibt so etwa 0,08% Quantisierungsrauschen, mit normalen Rauschen, Offset, Scaling vermutlich insgesamt <0,5% Digitalisierungsgenauigkeit.
    Linearität - keine Ahnung.
    Elektronische Meßgenauigkeit somit vermutlich etwa +-0,7 arcsec.


    Encoder:
    Absolutgenauigkeit (Systemgenauigkeit), angegeben 1/20 der Teilungsperiode, also etwa +-7 arcsec (dh. auf volle Umdrehung)
    Genauigkeit innerhalb der Teilungsperiode vermutlich 1/100 und besser, ergibt +-1,5 arcsec (pv)


    Deshalb recht ordentliche Reproduzierbarkeit der Messung, aber Absolutgenauigkeit ist vermutlich schon ganz schön knapp für Guiding
    Gruß Tino

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