發(fā)布時(shí)間：2020-06-08 11:52

【摘要】：精密跟蹤系統(tǒng)是一類對(duì)跟蹤精度、響應(yīng)速度、抗干擾能力等多方面要求很高的系統(tǒng),涉及到半導(dǎo)體加工、軍事探測(cè)、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、納米科學(xué)研究等領(lǐng)域。精密跟蹤系統(tǒng)體現(xiàn)著當(dāng)前控制領(lǐng)域的整體水平。本文以某快速發(fā)射鏡精密跟蹤系統(tǒng)研究項(xiàng)目為背景展開,主要研究該系統(tǒng)的能力極限與改進(jìn)問題。本文的思路是:根據(jù)項(xiàng)目要求以及目前精密跟蹤領(lǐng)域存在的問題,探索性的尋找一種適合大多數(shù)精密跟蹤系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)方法,包括系統(tǒng)的非線性建模、控制器設(shè)計(jì)、系統(tǒng)性能極限分析、控制器實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)改進(jìn)方法等多個(gè)方面。本文的主要工作如下:1.針對(duì)模型不準(zhǔn)確問題,本文對(duì)快速反射鏡系統(tǒng)進(jìn)行了多途徑建模,得到了三種線性模型,并通過實(shí)測(cè)分析與理論計(jì)算得到了系統(tǒng)的噪聲與非線性環(huán)節(jié)參數(shù)。最后通過對(duì)比得出了適用于本系統(tǒng)研究的帶噪聲的非線性白盒模型。2.針對(duì)古典控制器設(shè)計(jì)調(diào)整不方便問題,應(yīng)用現(xiàn)代控制理論設(shè)計(jì)了狀態(tài)增廣魯棒控制器,它可以通過極點(diǎn)配置的方式方便靈活的改變控制器參數(shù),從而方便搜索系統(tǒng)的物理極限。在該控制器下,完成了以下工作:(1).極點(diǎn)搜索方案問題:將極點(diǎn)的面搜索轉(zhuǎn)換為線搜索,并給出了初始主導(dǎo)極點(diǎn)的確定方法以及搜索方案;(2).系統(tǒng)極限性能總結(jié):通過仿真研究得到了系統(tǒng)極限性能指標(biāo)與輸入信號(hào)及物理極限的關(guān)系;(3).系統(tǒng)魯棒性檢測(cè):采用單變量法對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了魯棒性檢測(cè),結(jié)果表明,電機(jī)的電磁力系數(shù)比反電勢(shì)系數(shù)敏感,當(dāng)變化超過40%時(shí)系統(tǒng)將不穩(wěn)定。(4).在系統(tǒng)具有最大線性帶寬時(shí),分析了系統(tǒng)單軸動(dòng)態(tài)特性與穩(wěn)態(tài)精度;并對(duì)雙軸聯(lián)合仿真跟蹤標(biāo)準(zhǔn)圓的跟蹤特性進(jìn)行了總結(jié)與分析。3.由于通過狀態(tài)增廣設(shè)計(jì)得到的控制器存在實(shí)現(xiàn)難問題,因此借助觀測(cè)器將現(xiàn)代控制中的狀態(tài)增廣魯棒控制器通過模型等價(jià)、降階,得到積分超前加陷波的古典控制器。并對(duì)此控制器進(jìn)行了驗(yàn)證,其效果與原狀態(tài)增廣魯棒控制器控制效果一致。得出結(jié)論:在系統(tǒng)研發(fā)時(shí),可以采用現(xiàn)控來分析設(shè)計(jì)系統(tǒng),用古典控制理論來實(shí)現(xiàn)。4.對(duì)等價(jià)降階而來的積分、特殊陷波加超前控制器給出了兩種實(shí)現(xiàn)方法,一是數(shù)字方法;二是模擬方法。其中,采用Multisim仿真軟件搭建了模擬電路,通過對(duì)比控制器的Bode圖,驗(yàn)證了電路搭建的正確性。最后針對(duì)本文研究的快速反射鏡系統(tǒng)存在的問題提出了改進(jìn)建議。
【圖文】：

[9]，這樣，以取長(zhǎng)補(bǔ)短的方式對(duì)兩者的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了融合，具有更廣泛的應(yīng)用價(jià)值。圖1.1 復(fù)合軸結(jié)構(gòu)圖快速反射鏡構(gòu)成的精密跟蹤系統(tǒng)主要采用音圈電機(jī)（VCA）和壓電陶瓷（PZT）。音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有很多優(yōu)點(diǎn)，，如行程大、頻率響應(yīng)好和行程控制精確等。大部分快速反射鏡還配電渦流傳感器，以得到反射鏡位置。音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電壓比較低，同時(shí)可以控制反射鏡做大傾角運(yùn)動(dòng)，但是諧振頻率較低，適用于大角度掃描。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的活動(dòng)范圍較小，但諧振頻率和控制精度高。與音圈電機(jī)相比，壓電陶瓷體積更小，所產(chǎn)生的作用力更大，頻率響應(yīng)有所提高。但其缺點(diǎn)也很明顯，即行程小，具有磁滯現(xiàn)象。壓電驅(qū)動(dòng)器適合于高頻率響應(yīng)、負(fù)載大、行程小的場(chǎng)合，音圈電機(jī)適合于行程大，負(fù)載小的場(chǎng)合[5]。國(guó)內(nèi)外都在大力開展快速控制反射鏡的研制[10-13]。其結(jié)構(gòu)形式主要分為兩軸一種是 X-Y 軸框架形式

中研發(fā)出了許多不同的高精度、高響應(yīng)速度的 FSM 系統(tǒng)產(chǎn)品，該產(chǎn)品在在中國(guó)市場(chǎng)乃至全球具有很大的占有率。圖1.2 德國(guó) PI 公司的壓電快速反射鏡 S-340以型號(hào)為 S-3401[19]的產(chǎn)品為例，如圖 1.2 所示，用于直徑高達(dá) 100mm（4 英寸）的反射鏡和光學(xué)，分辨率高達(dá) 20urad，具有優(yōu)異的位置穩(wěn)定性，光束偏轉(zhuǎn)達(dá) 4mrad，亞微秒級(jí)響應(yīng)時(shí)間，空載諧振達(dá) 900Hz，并且閉環(huán)版本可實(shí)現(xiàn)更佳的線性度。2005 年
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP273

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10 劉海濤;楊凌s

本文編號(hào)：2703042