基于LED光源的运动式太阳模拟器控制系统
发布时间：2021-09-22 01:28
为了解决编码式太阳敏感器装星后现场的功能测试,研制了一种基于LED光源的运动式太阳模拟器,为该测试提供模拟的太阳光信号和太阳光矢量信号.基于太阳模拟器组成与工作原理,对光源辐亮度和矢量运动的控制系统进行研究.根据太阳光信号要求,通过光源选取与功率计算确定LED型号和个数,并采用压控恒流源驱动技术对光源辐亮度进行线性调节.根据太阳光矢量信号要求,通过负载扭矩与功率计算选取GUS-60型超声电机,采用16位绝对式编码器对运动角度进行测量,以数字信号处理器为主要器件对电机进行闭环反馈控制.测试结果表明,光源控制系统能够实现辐亮度在0～527.4 W·m-2内线性可调,矢量运动装置在-15°～40°内的运动角度控制精度优于±0.01°,满足编码式太阳敏感器的测试要求.
【文章来源】：空间科学学报. 2020,40(01)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图２运动式太阳模拟器立体仿真??Ｆｉｇ．?２?Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｏｂｉｌｅ??．
＃拾等：基于ＥＢＧ光源的运动式太阳模拟器控制．Ｉ统??机带动光源模块摆动的转动惯捷，有??１３７??ＶＣＣ??ＶＣＣ??Ｊｌ?＝??＾ｍＲ２?＝??１．０８?ｘ?１０—３?ｋｇ．?ｍ２．??（７）??ＩＡ??ＶＣＣ??ＩＲＦ６４０??ａ??ＪＮ??ｉｎ?Ｓ??ＶＣＣ??图４恒流源驱动电路??Ｆｉｇ．?４?Ｃｏｎｓｔａｎｔ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｓｏｕｒｃｅ?ｄｒｉｖｅ?ｃｉｒｃｕｉｔ??图４电路中选用ＩＲＦ６４０?±身效应管，漏极电流Ｊｄ??主要Ｆｔ！栅源电压％控制，ＯＰ０７运算放大器作为电??压跟随器，得Ｇ?＝?ｆ／ｐ?＝?Ｃ／ｎ．泔于ＩＲＦ６４０栅极电流??较小，忽略Ｉｇ可得??Ｉ〇＝?Ｉｄ?＝?Ｉｓ?＝?（３）??九２?九２??由式⑶可知，输入电压味控制输出电流Ｉ。的大小：，??能够实现电压控制电流变化．??２．２矢量运动控制系统??２．２．１电机与编码器选取??考虑到矢最运动范围小，矢量运动装置低速且髙??精度，以及敏感器载荷要求和电磁安全性，采用超声??电机驱动双摇杆机构对光源模块矢量运动进行控制．??根据：ＬＥＤ光源模块和双曲柄机构的结构尺寸，建模??仿真得电机负载质最ｍ?＝?０．６４ｋｇ，光源模块回转质??心半径＝?７１ｍｍ．??驱动负载转动的最小力矩??Ｍ?＝?ｍｇＲ?＾?０．４４５?Ｎ?？??超声电机所需功率??Ｐ??Ｍｎ??９５５０??（５）??式中，ｎ为电机转速，单位ｒ．ｍｉｎ－１由于矢景运动速??度低，为保证运动稳定，．ｎ取最大值为３０＿Ｋｍｉｎ－计??算得尸ａｊ?１．４Ｗ．??电机启．动时所需加速功率??（６）??根据式（６）和式（ｒ）求得超声电机启动时
１３８??Ｃｈｉｎ．?Ｊ．?Ｓｐａｃｅ?Ｓｃｉ．空间科学学报?２０２０，?４０（１）??图５超声电机驱动与控制原理??Ｆｉｇ．?５?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ?ｍｏｔｉｏｎ?ｄｒｉｖｅ?ａｎｄ?ｃｏｎｔｒｏｌ??图６加减速运动过程仿真曲线??Ｆｉｇ．?６?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ??ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ?ｍｏｖｅｍｅｎｔ??３系统软件设计??利用触摸屏Ａ带的编译软件设计控制系统软件，??软件流程如图７所示．图７可以看出？．首先程序??初始化，接收到辐亮度设定指令；然后主控ＤＳＰ产??生相应的电流增减数字倍号，传送给Ｄ／Ａ转换模块，??输出对应的模拟电压值；控制压控恒流源产生的相应??大小的输出电流值，实现ＬＥＤ光源辐亮度调节．用??户输入超声电机角度设定指令，主控ＤＳＰ接受并进??行处理，产生相应倍号提供给超声电机驱动器，控制??超声电机运行．转动角度通过光电编码器实时测量，??判断电机是否到达指定位置．设计中充分考虑电机未??达到指定位置或者超出指定位置的状态，可以通过软??件界面发送指令，控制超声电机进行微动调节．微动??精度约为每走一步电机转动〇．〇１＆，电机的微动范围??为０°？０．１°．精确定位控制过程中主要分４档进行??控制，即〇．〇〇驴￣〇．〇１。为第一档，，ｏ．ｏｉ＾ｗｏ．ｔｍｓｐ为第??二档，０．０３５°…０，０５５°?为第三档，０．０５５０？０．０９。为第ｐｑ??档，从而实现精准定位．??图７控制系统软件流程??Ｆｉｇ．?７?Ｓｏｆｔｗａｒｅ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｙｓｔｅｍ??４测
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于发光二极管的太阳模拟器的研究现状[J]. 苏拾,张国玉,王凌云,王逸文,王基强,王立辉. 激光与光电子学进展. 2018(07)
[2]新型旋转型行波超声波电动机定子的研究[J]. 郎梦梦,曾劲松,张西平. 微特电机. 2018(06)
[3]基于LED阵列光源的太阳模拟器[J]. 苏拾,张国玉,王凌云,郑茹,王逸文. 光学精密工程. 2018(02)
[4]太阳模拟器两轴回转控制系统研究[J]. 胡冰,王凌云,张国玉,苏拾,姜文璋,杨礼艳. 空间科学学报. 2018(01)
[5]地面姿态模拟光源控制系统研究[J]. 王醒华,王凌云,王博,张国玉,苏拾,孙高飞,刘石. 空间科学学报. 2016(02)
[6]运动式太阳模拟器控制系统设计[J]. 王帅会,陈家奇,高雁. 电子测量技术. 2015(11)
[7]超高显色指数和色温可调的LED白光照明光源研究[J]. 谌江波,余建华,高亚飞,张翼扬,陆秀炎. 光学学报. 2015(10)
[8]机器视觉系统前置矩形LED阵列的优化布置[J]. 郝飞,史金飞,朱松青,张志胜,韩亚丽,陈茹雯. 光学学报. 2014(12)
[9]太阳模拟器回转运动系统研究[J]. 苏拾,徐熙平,张国玉,孙向阳. 长春理工大学学报(自然科学版). 2011(02)
[10]太阳敏感器测量坐标系与立方镜坐标系转换矩阵的标定[J]. 魏新国,张广军,樊巧云,江洁. 光学精密工程. 2009(04)
本文编号：3402870
【文章来源】：空间科学学报. 2020,40(01)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图２运动式太阳模拟器立体仿真??Ｆｉｇ．?２?Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｏｂｉｌｅ??．
＃拾等：基于ＥＢＧ光源的运动式太阳模拟器控制．Ｉ统??机带动光源模块摆动的转动惯捷，有??１３７??ＶＣＣ??ＶＣＣ??Ｊｌ?＝??＾ｍＲ２?＝??１．０８?ｘ?１０—３?ｋｇ．?ｍ２．??（７）??ＩＡ??ＶＣＣ??ＩＲＦ６４０??ａ??ＪＮ??ｉｎ?Ｓ??ＶＣＣ??图４恒流源驱动电路??Ｆｉｇ．?４?Ｃｏｎｓｔａｎｔ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｓｏｕｒｃｅ?ｄｒｉｖｅ?ｃｉｒｃｕｉｔ??图４电路中选用ＩＲＦ６４０?±身效应管，漏极电流Ｊｄ??主要Ｆｔ！栅源电压％控制，ＯＰ０７运算放大器作为电??压跟随器，得Ｇ?＝?ｆ／ｐ?＝?Ｃ／ｎ．泔于ＩＲＦ６４０栅极电流??较小，忽略Ｉｇ可得??Ｉ〇＝?Ｉｄ?＝?Ｉｓ?＝?（３）??九２?九２??由式⑶可知，输入电压味控制输出电流Ｉ。的大小：，??能够实现电压控制电流变化．??２．２矢量运动控制系统??２．２．１电机与编码器选取??考虑到矢最运动范围小，矢量运动装置低速且髙??精度，以及敏感器载荷要求和电磁安全性，采用超声??电机驱动双摇杆机构对光源模块矢量运动进行控制．??根据：ＬＥＤ光源模块和双曲柄机构的结构尺寸，建模??仿真得电机负载质最ｍ?＝?０．６４ｋｇ，光源模块回转质??心半径＝?７１ｍｍ．??驱动负载转动的最小力矩??Ｍ?＝?ｍｇＲ?＾?０．４４５?Ｎ?？??超声电机所需功率??Ｐ??Ｍｎ??９５５０??（５）??式中，ｎ为电机转速，单位ｒ．ｍｉｎ－１由于矢景运动速??度低，为保证运动稳定，．ｎ取最大值为３０＿Ｋｍｉｎ－计??算得尸ａｊ?１．４Ｗ．??电机启．动时所需加速功率??（６）??根据式（６）和式（ｒ）求得超声电机启动时
１３８??Ｃｈｉｎ．?Ｊ．?Ｓｐａｃｅ?Ｓｃｉ．空间科学学报?２０２０，?４０（１）??图５超声电机驱动与控制原理??Ｆｉｇ．?５?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ?ｍｏｔｉｏｎ?ｄｒｉｖｅ?ａｎｄ?ｃｏｎｔｒｏｌ??图６加减速运动过程仿真曲线??Ｆｉｇ．?６?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ??ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ?ｍｏｖｅｍｅｎｔ??３系统软件设计??利用触摸屏Ａ带的编译软件设计控制系统软件，??软件流程如图７所示．图７可以看出？．首先程序??初始化，接收到辐亮度设定指令；然后主控ＤＳＰ产??生相应的电流增减数字倍号，传送给Ｄ／Ａ转换模块，??输出对应的模拟电压值；控制压控恒流源产生的相应??大小的输出电流值，实现ＬＥＤ光源辐亮度调节．用??户输入超声电机角度设定指令，主控ＤＳＰ接受并进??行处理，产生相应倍号提供给超声电机驱动器，控制??超声电机运行．转动角度通过光电编码器实时测量，??判断电机是否到达指定位置．设计中充分考虑电机未??达到指定位置或者超出指定位置的状态，可以通过软??件界面发送指令，控制超声电机进行微动调节．微动??精度约为每走一步电机转动〇．〇１＆，电机的微动范围??为０°？０．１°．精确定位控制过程中主要分４档进行??控制，即〇．〇〇驴￣〇．〇１。为第一档，，ｏ．ｏｉ＾ｗｏ．ｔｍｓｐ为第??二档，０．０３５°…０，０５５°?为第三档，０．０５５０？０．０９。为第ｐｑ??档，从而实现精准定位．??图７控制系统软件流程??Ｆｉｇ．?７?Ｓｏｆｔｗａｒｅ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｙｓｔｅｍ??４测
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于发光二极管的太阳模拟器的研究现状[J]. 苏拾,张国玉,王凌云,王逸文,王基强,王立辉. 激光与光电子学进展. 2018(07)
[2]新型旋转型行波超声波电动机定子的研究[J]. 郎梦梦,曾劲松,张西平. 微特电机. 2018(06)
[3]基于LED阵列光源的太阳模拟器[J]. 苏拾,张国玉,王凌云,郑茹,王逸文. 光学精密工程. 2018(02)
[4]太阳模拟器两轴回转控制系统研究[J]. 胡冰,王凌云,张国玉,苏拾,姜文璋,杨礼艳. 空间科学学报. 2018(01)
[5]地面姿态模拟光源控制系统研究[J]. 王醒华,王凌云,王博,张国玉,苏拾,孙高飞,刘石. 空间科学学报. 2016(02)
[6]运动式太阳模拟器控制系统设计[J]. 王帅会,陈家奇,高雁. 电子测量技术. 2015(11)
[7]超高显色指数和色温可调的LED白光照明光源研究[J]. 谌江波,余建华,高亚飞,张翼扬,陆秀炎. 光学学报. 2015(10)
[8]机器视觉系统前置矩形LED阵列的优化布置[J]. 郝飞,史金飞,朱松青,张志胜,韩亚丽,陈茹雯. 光学学报. 2014(12)
[9]太阳模拟器回转运动系统研究[J]. 苏拾,徐熙平,张国玉,孙向阳. 长春理工大学学报(自然科学版). 2011(02)
[10]太阳敏感器测量坐标系与立方镜坐标系转换矩阵的标定[J]. 魏新国,张广军,樊巧云,江洁. 光学精密工程. 2009(04)
本文编号：3402870
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