基于模拟电路的快速反射镜控制技术研究

发布时间：2017-09-21 21:08

  本文关键词：基于模拟电路的快速反射镜控制技术研究

  更多相关文章： 空间光通信 捕获跟踪瞄准 快速反射镜 模拟电路 控制带宽

【摘要】：在空间光通信系统中,为了建立良好的通信链路并保持该链路,通常采用捕获、跟踪、瞄准(Acquisition,Tracking,Pointing,简称ATP)技术来实现通信双方的精确对准。由于卫星平台的抖动干扰是影响ATP系统跟踪精度的最大影响因素,这就要求ATP系统有很高的控制带宽来抑制平台扰动,从而提高ATP系统的跟踪精度。ATP系统通常采用复合轴结构,即组成粗精跟踪方式。而快速反射镜(Fast Steering Mirror/Fine Steering Mirror,FSM)作为ATP系统精跟踪部分的控制核心,在位置跟踪过程中必须要有足够高的响应速度和控制带宽来抑制粗跟踪的残余高频误差。本文首先对快速反射镜的发展现状及研究趋势进行了深入调研,顺应快速反射镜大口径、大角行程范围、高控制带宽的发展应用需求,提出了模拟控制方法,并详细介绍了快速反射镜模拟控制技术的发展现状,说明了现有技术的不足。深入分析了快速反射镜系统伺服控制带宽的影响因素,在此基础上对快速反射镜的工作原理进行了分析,通过数学建模和对象特性测量的方法得出了快速反射镜的传递函数。基于上述数据,总结分析了成熟的数字控制方法,为模拟控制的实现提供一定的借鉴和依据。本文重点探讨了模拟控制方法在提高快速反射镜系统控制带宽上的特点,研究如何在保证系统稳定和跟踪精度的基础之上提高快速反射镜的控制带宽。分析了模拟控制器的实现难点,即降低FSM系统结构谐振频率处的增益较大的峰值,提出了速度反馈电路和陷波器的方法来抑制结构谐振。设计并实现整个模拟控制电路,在电路仿真软件TINA中对模拟电路进行仿真分析。基于上述电路原理制作了印制板电路(PCB),成功了实现了快速反射镜模拟控制的硬件电路。搭建了快速反射镜实验系统的硬件电路,开展了快速反射镜系统测试,实验结果表明:陷波器成功消除了快速反射镜的结构谐振,拓展了系统可实现的控制带宽。但是由于陷波器造成的相位上的变化,限制了带宽的提高,快速反射镜全模拟控制电路闭环测试结果显示,FSM控制带宽为40Hz,误差信号抑制带宽为32Hz,系统跟踪精度为31.91urad,关于模拟控制技术性能提高有待进一步的研究。
【关键词】：空间光通信 捕获跟踪瞄准 快速反射镜 模拟电路 控制带宽
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（光电技术研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1;TN710
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 快速反射镜的发展现状及趋势10-17
• 1.3 快速反射镜模拟控制技术的发展现状17-20
• 1.5 本文研究内容20-22
• 第2章 快速反射镜系统22-38
• 2.1 快速反射镜控制带宽的影响因素22-26
• 2.1.1 机械谐振23-24
• 2.1.2 探测器24-25
• 2.1.3 控制器25-26
• 2.2 快速反射镜系统26-32
• 2.2.1 FSM建模27-30
• 2.2.2 电涡流位移传感器30-31
• 2.2.3 功率放大器31-32
• 2.3 快速反射镜的对象特性测量32-34
• 2.3.1 动态信号分析仪测试原理32-33
• 2.3.2 FSM开环频率响应33-34
• 2.4 数字控制方法设计与仿真34-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第3章 快速反射镜模拟控制电路设计与仿真38-52
• 3.1 机械谐振的抑制38-42
• 3.1.1 不完全微分控制法38-39
• 3.1.2 零极点对消法39-40
• 3.1.3 陷波器40-42
• 3.2 模拟控制电路总体设计42-50
• 3.2.1 双T陷波器43-45
• 3.2.2 电涡流信号处理电路45-46
• 3.2.3 模拟控制器46-50
• 3.3 全模拟的快反镜系统控制电路实现50-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章 实验结果与分析52-65
• 4.1 实验测试平台介绍52-53
• 4.2 抑制谐振的实验分析53-58
• 4.2.1 谐振影响带宽的实验测试53-54
• 4.2.2 改善FSM系统频率特性的实验54-58
• 4.3 FSM系统闭环特性实验测试58-63
• 4.3.1 动态特性测试59-61
• 4.3.2 静态特性测试61-63
• 4.4 控制算法对FSM系统抑制带宽的影响实验63-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第5章 总结与展望65-67
• 5.1 本文主要研究工作65
• 5.2 本文创新点65-66
• 5.3 未来工作展望66-67
• 参考文献67-69
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果69-70
• 作者简历69
• 获奖情况69
• 已发表（或正式接受）的学术论文69
• 申请或已获得的专利69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 时晶晶;姚佰栋;鲁加国;;高速倾斜镜建模与传递函数辨识[J];红外与激光工程;2013年10期

2 徐新行;杨洪波;王兵;高云国;;快速反射镜关键技术研究[J];激光与红外;2013年10期

3 刘云芳;张晓;李建伟;;模拟PID电路参数自整定温控系统设计[J];低温工程;2013年02期

4 马佳光;唐涛;;复合轴精密跟踪技术的应用与发展[J];红外与激光工程;2013年01期

5 丁科;黄永梅;马佳光;付承毓;;快速反射镜的误差自适应前馈复合控制[J];中国激光;2011年07期

6 赵英伟;王省书;黄宗升;吴伟;刘士伟;;基于LabVIEW的音圈电机驱动小角度转台系统辨识方法[J];电子设计工程;2011年02期

7 朱衡;陈东红;凌宁;姜文汉;;提高高速压电倾斜镜应用带宽的方法[J];光电工程;2009年07期

8 罗建强;张伟军;;基于LabVIEW软件的音圈电机驱动系统模型辨识方法[J];机械;2007年02期

9 胡浩军,马佳光,王强,吴琼雁;快速控制反射镜系统中的传递函数辨识[J];光电工程;2005年07期

10 岳冰,杨文淑,傅承毓;空间光通信中的快速倾斜镜精跟踪实验系统[J];光电工程;2002年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 胡浩军;运动平台捕获、跟踪与瞄准系统视轴稳定技术研究[D];国防科学技术大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 覃浩;星地光通信中卫星振动分析与抑制技术研究[D];中国科学院研究生院（光电技术研究所）;2014年

2 唐学军;音圈电机驱动的高带宽纳米级物镜定位系统[D];哈尔滨工业大学;2013年

3 杨东;模型参考算法在快速倾斜镜中的应用研究[D];中国科学院研究生院（光电技术研究所）;2013年

4 刘胜长;空间光通信高速倾斜反射镜带宽提高方法研究[D];长春理工大学;2009年

5 吴琼;自由空间激光通信APT系统精跟踪控制技术研究[D];长春理工大学;2008年

6 邓耀初;基于快速反射镜的光束指向稳定技术[D];西安电子科技大学;2008年

，

本文编号：896862