【摘要】：精密跟蹤系統(tǒng)是一類對跟蹤精度、響應速度、抗干擾能力等多方面要求很高的系統(tǒng),涉及到半導體加工、軍事探測、航空航天、生物醫(yī)學、納米科學研究等領域。精密跟蹤系統(tǒng)體現(xiàn)著當前控制領域的整體水平。本文以某快速發(fā)射鏡精密跟蹤系統(tǒng)研究項目為背景展開,主要研究該系統(tǒng)的能力極限與改進問題。本文的思路是:根據(jù)項目要求以及目前精密跟蹤領域存在的問題,探索性的尋找一種適合大多數(shù)精密跟蹤系統(tǒng)的分析設計方法,包括系統(tǒng)的非線性建模、控制器設計、系統(tǒng)性能極限分析、控制器實現(xiàn)、系統(tǒng)改進方法等多個方面。本文的主要工作如下:1.針對模型不準確問題,本文對快速反射鏡系統(tǒng)進行了多途徑建模,得到了三種線性模型,并通過實測分析與理論計算得到了系統(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.針對古典控制器設計調整不方便問題,應用現(xiàn)代控制理論設計了狀態(tài)增廣魯棒控制器,它可以通過極點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).極點搜索方案問題:將極點的面搜索轉換為線搜索,并給出了初始主導極點的確定方法以及搜索方案;(2).系統(tǒng)極限性能總結:通過仿真研究得到了系統(tǒng)極限性能指標與輸入信號及物理極限的關系;(3).系統(tǒng)魯棒性檢測:采用單變量法對該系統(tǒng)進行了魯棒性檢測,結果表明,電機的電磁力系數(shù)比反電勢系數(shù)敏感,當變化超過40%時系統(tǒng)將不穩(wěn)定。(4).在系統(tǒng)具有最大線性帶寬時,分析了系統(tǒng)單軸動態(tài)特性與穩(wěn)態(tài)精度;并對雙軸聯(lián)合仿真跟蹤標準圓的跟蹤特性進行了總結與分析。3.由于通過狀態(tài)增廣設計得到的控制器存在實現(xiàn)難問題,因此借助觀測器將現(xiàn)代控制中的狀態(tài)增廣魯棒控制器通過模型等價、降階,得到積分超前加陷波的古典控制器。并對此控制器進行了驗證,其效果與原狀態(tài)增廣魯棒控制器控制效果一致。得出結論:在系統(tǒng)研發(fā)時,可以采用現(xiàn)控來分析設計系統(tǒng),用古典控制理論來實現(xiàn)。4.對等價降階而來的積分、特殊陷波加超前控制器給出了兩種實現(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,通過對比控制器的Bode圖,驗證了電路搭建的正確性。最后針對本文研究的快速反射鏡系統(tǒng)存在的問題提出了改進建議。
【圖文】：

[9]，這樣，以取長補短的方式對兩者的優(yōu)點進行了融合，具有更廣泛的應用價值。圖1.1 復合軸結構圖快速反射鏡構成的精密跟蹤系統(tǒng)主要采用音圈電機（VCA）和壓電陶瓷（PZT）。音圈電機驅動器有很多優(yōu)點，，如行程大、頻率響應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。音圈電機驅動的驅動電壓比較低，同時可以控制反射鏡做大傾角運動，但是諧振頻率較低，適用于大角度掃描。壓電陶瓷驅動的活動范圍較小，但諧振頻率和控制精度高。與音圈電機相比，壓電陶瓷體積更小，所產生的作用力更大，頻率響應有所提高。但其缺點也很明顯，即行程小，具有磁滯現(xiàn)象。壓電驅動器適合于高頻率響應、負載大、行程小的場合，音圈電機適合于行程大，負載小的場合[5]。國內外都在大力開展快速控制反射鏡的研制[10-13]。其結構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、高響應速度的 FSM 系統(tǒng)產品，該產品在在中國市場乃至全球具有很大的占有率。圖1.2 德國 PI 公司的壓電快速反射鏡 S-340以型號為 S-3401[19]的產品為例，如圖 1.2 所示，用于直徑高達 100mm（4 英寸）的反射鏡和光學，分辨率高達 20urad，具有優(yōu)異的位置穩(wěn)定性，光束偏轉達 4mrad，亞微秒級響應時間，空載諧振達 900Hz，并且閉環(huán)版本可實現(xiàn)更佳的線性度。2005 年
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP273

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本文編號：2703042