快速反射镜的控制技术研究

发布时间：2020-08-31 19:23

　　 作为空间光通信、战术激光武器以及高精度跟踪设备的关键组成部分,快速反射镜的控制技术一直是国内外各个研究机构的研究热点。一方面,这类精密光学系统很容易受到各种因素的干扰,工作温度湿度、复杂电磁情况、平台的振动以及元器件老化等都会对系统造成很大的影响,甚至使系统完全无法工作。另一方面,无论是空间光通信、战术激光武器还是高精度跟踪设备,都经常处于这种条件恶劣的工作环境中,但是它们对跟踪定位的稳定性与快速性又有着极高的要求。针对这种情况,本文主要研究了快速反射镜系统的控制技术,从理论上为快速反射镜系统设计了新的控制算法,并通过实验进行了验证,取得了预期的控制效果。本文使用美国New Port公司生产的FSM-300快速反射镜系统作为研究对象,该系统包含FSM-300快速反射镜镜体与FSM-CD300B模拟控制器/驱动器,研究的目的就是要提高对象的动态性能。首先对研究对象进行了结构与组成上的分析,通过机械学与电动力学分析构建起研究对象的基本传递函数模型,在低频段,该模型可以近似视为一个二阶系统。随后对传递函数模型的未知参数进行系统辨识,切断原系统的模拟控制器,将其仅仅作为驱动器接入系统,美国安捷伦公司生产的Agilent 35670A动态分析仪可以获取系统的开环BODE图,通过对BODE图的解析,得到系统精确的传递函数模型,该模型在低频段(≤400HZ)具有很高的拟合精度,拟合模型的确定系数R-square达到了0.9891。为了提高系统的动态性能,结合系统本身的特性,设计了三种控制算法,分别是模糊控制、状态空间极点配置法与最优高斯二次型控制,通过计算机模拟,状态空间极点配置法对快速反射镜系统的校正效果最佳,其超调量为17.9%,调节时间为5.72ms,稳态误差为0.0052mrad,闭环-3dB带宽为529HZ,主要性能指标全部符合预期。最后,将控制算法进行了离散化,并设计了数字控制器,三种算法可以在控制器中运行,系统的状态可以由上位机实时监控并记录,结果是三种控制算法中,状态空间极点配置法对快速反射镜系统的校正效果依然是最好的,其超调量为17%调节时间为6.75ms,稳态误差为0.0052mrad,闭环-3dB带宽为490HZ。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.1;TP273
【部分图文】：

第 2 章 快速反射镜系统的结构与性能第2章 快速反射镜系统的结构与性能速反射镜系统的结构文研究的主要对象是由美国 Newport 公司生产的 FSM-300 系列快速反。该系统由两部分组成，分别是 FSM-300 快速反射镜镜体和 FSM-CD3射镜驱动器/控制器，如图 2.1 所示。

图 2.2 快速反射镜镜体实物图与结构图Figure 2.2 Physical and structure map of FSM2.1.1.1 音圈电机音圈电机是为快速反射镜提供驱动力矩的主要部件，镜体中一共在基座装 4 个音圈电机，每个象限安装一个。这种安装方式可以使快速反射镜镜体轴和Y轴两个方向上运动，并且对角线上的两个电机一直处于相反的运动状比单独的电机驱动具有更大更稳定的力矩输出，其结构示意图如图 2.3 所示

11图 2.6 快速反射镜镜体与控制器的连线Figure 2.6 The connection between mirror body and controller2.1.2 快速反射镜驱动器/控制器除了快速反射镜镜体，该控制系统还包括一个型号为 FSM-CD300B 的驱动

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 胡金莲;线性控制系统的推广极点配置法[J];华东交通大学学报;1998年04期

2 龚乐年;陈怡;;用极点配置法设计发电机励磁调节器及其效果分析[J];南京工学院学报;1987年02期

3 张世铭;张世平;;具有时滞的线性系统的有限极点配置法[J];吉林化工学院学报;1988年04期

4 李明,刘龙,王辉;极点配置法确定达芬振子的稳定性[J];哈尔滨师范大学自然科学学报;2004年02期

5 尹征琦;极点配置法及其算法[J];五邑大学学报(自然科学版);1998年02期

6 陈伦铭;一种设计控制系统的极点配置法[J];四川建材学院学报;1990年01期

7 张伏中;极点配置法的实用算法[J];系统工程与电子技术;1993年04期

8 朱美玲，汪风泉，颜景平;振动控制极点配置法改进[J];振动与冲击;1995年01期

9 马扣根;顾仲权;;最优极点配置法在梁式结构振动主动控制中的应用[J];振动与冲击;1991年03期

10 匡森,张谦,范玉璋,余发山;单输入输出线性系统相对通用极点配置法[J];中原工学院学报;2003年01期

相关博士学位论文 前1条

1 王冠楠;基于广域测量技术的电力系统稳定控制研究[D];浙江大学;2014年

相关硕士学位论文 前9条

1 陈鹏;快速反射镜的控制技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所);2018年

2 李娜;自平衡两轮电动车斜面建模及其平衡控制[D];辽宁大学;2016年

3 王俊;基于倒立摆的三种控制策略的研究[D];湖北工业大学;2008年

4 王建;二级倒立摆的控制研究[D];大连理工大学;2001年

5 王璨;基于轴矩限幅控制的机械谐振抑制技术[D];哈尔滨工业大学;2014年

6 彭紫楠;参数化法在电力系统鲁棒控制器设计中的应用[D];哈尔滨工业大学;2015年

7 谷昱君;双馈风力发电机故障穿越技术研究[D];华北电力大学;2016年

8 王一帆;两轮自平衡小车平衡控制系统的品质研究[D];西安电子科技大学;2011年

9 赵宾;几类自治混沌系统的控制与同步方案研究[D];大连理工大学;2010年

本文编号：2809223