快速反射镜控制系统研究

发布时间：2020-05-08 01:22

【摘要】：由于传统两轴跟踪架转动惯量大,同时存在轴系间隙及摩擦扰动等因素使其响应带宽无法有效补偿大气湍流和载体振动等高频扰动因素引起的光束指向失准。在激光通讯、激光武器、空间目标监视、激光精密加工等领域通常需要获得微弧度甚至亚微弧度量级的光束动态指向精度,相应需要采用复合轴控制二级稳瞄系统或是具有高频率响应特性的一级稳瞄系统,两者实现和依托的载体都是快速反射镜,因此快速反射镜的研究成为国内外研究的热点课题之一。本文设计的快速反射镜系统是以二级系统的应用需求为背景,结合国内外研究相关技术的现状及发展趋势,采用了基于柔性铰链结构为导向支撑和压电陶瓷致动器多点驱动方案。首先介绍了快速反射镜的工作原理和系统组成,根据系统的定位精度、通光口径、偏转范围、响应带宽等指标对驱动器、传感器等核心器件进行了选型分析,阐明了传感器、驱动器位移与偏转角的关系,采用matlab软件拟合近似的简化数学模型。重点分析设计了以PA93为核心的线性功率放大器,测试结果为非线性度为0.25%、分辨率为5mV、最大输出纹波为13.91mV、时漂为10mV/8h和动态功率带宽为2kHz,测试指标的结果表明该功率放大电路满足预期设计要求。搭建基于控制器Euro209和高精度电容式传感器的硬件平台,采用数字PID+前馈闭环控制算法,设计了主程序、串口通讯程序和报警程序等多任务线程,实现了多轴高速、高精度的同步及解耦控制,实验结果表明:静态误差的绝对值小于0.25urad,均方根误差小于0.10urad;静态标定的理论偏转角与实际测量偏转角最大绝对误差小于8.5urad,最大相对误差为0.99%;响应90urad和180urad阶跃信号,上升时间分别为5.12ms和6.4ms,超调量分别为5%和6%,稳态误差达到?2%的时间分别为7.85ms和10ms;可以响应最小偏转角小于0.16urad;开环控制到闭环控制,阶跃信号耦合度从12.71%降低到0.60%,动态耦合度从2.63%降低到1.17%;动态正/余弦信号10Hz和50Hz的重复定位精度为0.20urad,100Hz时的重复定位精度为0.50urad。
【图文】：

图 1-1 空间激光通讯题研究的意义代空间探测工程、军事侦察与火控系统[40]、工业与医疗设备等大相关课题中，光束的精密指向、跟踪与稳定技术[41]已经成为成部分[9]。尤其在大气光学应用领域，如深空激光通信链路、精、化学遥感以及激光测振、激光精密加工等领域，必须要求光能够精确控制光束的指向来补偿大气扰动、载体振动[39]等因素成像噪声。现代深空激光通信链路，要求控制激光束透过 200，瞄准点状光学天线。高能激光武器系统也要求能够在 10 至透过大气瞄准点状光学目标。通常情况下，大气扰动引入的光 1000 赫兹以上，对光束瞄准精度的要求也提高到了微弧度和统的光电视线稳定平台主要以补偿载体低频大幅度机械振动为

图 2-3 快速反射镜的机械结构示意图计的快速反射镜机械结构如图 2-3 所示，，机械的部件由基压电陶瓷、传感器组件、轻量化的镜座、反射镜和外罩组速反射镜偏转原理分析
【学位授予单位】：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
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH74

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本文编号：2653876