作為空間光通信、戰(zhàn)術(shù)激光武器以及高精度跟蹤設(shè)備的關(guān)鍵組成部分,快速反射鏡的控制技術(shù)一直是國內(nèi)外各個(gè)研究機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。一方面,這類精密光學(xué)系統(tǒng)很容易受到各種因素的干擾,工作溫度濕度、復(fù)雜電磁情況、平臺(tái)的振動(dòng)以及元器件老化等都會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成很大的影響,甚至使系統(tǒng)完全無法工作。另一方面,無論是空間光通信、戰(zhàn)術(shù)激光武器還是高精度跟蹤設(shè)備,都經(jīng)常處于這種條件惡劣的工作環(huán)境中,但是它們對(duì)跟蹤定位的穩(wěn)定性與快速性又有著極高的要求。針對(duì)這種情況,本文主要研究了快速反射鏡系統(tǒng)的控制技術(shù),從理論上為快速反射鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)了新的控制算法,并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證,取得了預(yù)期的控制效果。本文使用美國New Port公司生產(chǎn)的FSM-300快速反射鏡系統(tǒng)作為研究對(duì)象,該系統(tǒng)包含F(xiàn)SM-300快速反射鏡鏡體與FSM-CD300B模擬控制器/驅(qū)動(dòng)器,研究的目的就是要提高對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能。首先對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行了結(jié)構(gòu)與組成上的分析,通過機(jī)械學(xué)與電動(dòng)力學(xué)分析構(gòu)建起研究對(duì)象的基本傳遞函數(shù)模型,在低頻段,該模型可以近似視為一個(gè)二階系統(tǒng)。隨后對(duì)傳遞函數(shù)模型的未知參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí),切斷原系統(tǒng)的模擬控制器,將其僅僅作為驅(qū)動(dòng)器接入系統(tǒng),美國安捷倫公司生產(chǎn)的Agilent 35670A動(dòng)態(tài)分析儀可以獲取系統(tǒng)的開環(huán)BODE圖,通過對(duì)BODE圖的解析,得到系統(tǒng)精確的傳遞函數(shù)模型,該模型在低頻段(≤400HZ)具有很高的擬合精度,擬合模型的確定系數(shù)R-square達(dá)到了0.9891。為了提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,結(jié)合系統(tǒng)本身的特性,設(shè)計(jì)了三種控制算法,分別是模糊控制、狀態(tài)空間極點(diǎn)配置法與最優(yōu)高斯二次型控制,通過計(jì)算機(jī)模擬,狀態(tài)空間極點(diǎn)配置法對(duì)快速反射鏡系統(tǒng)的校正效果最佳,其超調(diào)量為17.9%,調(diào)節(jié)時(shí)間為5.72ms,穩(wěn)態(tài)誤差為0.0052mrad,閉環(huán)-3dB帶寬為529HZ,主要性能指標(biāo)全部符合預(yù)期。最后,將控制算法進(jìn)行了離散化,并設(shè)計(jì)了數(shù)字控制器,三種算法可以在控制器中運(yùn)行,系統(tǒng)的狀態(tài)可以由上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控并記錄,結(jié)果是三種控制算法中,狀態(tài)空間極點(diǎn)配置法對(duì)快速反射鏡系統(tǒng)的校正效果依然是最好的,其超調(diào)量為17%調(diào)節(jié)時(shí)間為6.75ms,穩(wěn)態(tài)誤差為0.0052mrad,閉環(huán)-3dB帶寬為490HZ。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.1;TP273
【部分圖文】：

第 2 章 快速反射鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與性能第2章 快速反射鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與性能速反射鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)文研究的主要對(duì)象是由美國 Newport 公司生產(chǎn)的 FSM-300 系列快速反。該系統(tǒng)由兩部分組成，分別是 FSM-300 快速反射鏡鏡體和 FSM-CD3射鏡驅(qū)動(dòng)器/控制器，如圖 2.1 所示。

圖 2.2 快速反射鏡鏡體實(shí)物圖與結(jié)構(gòu)圖Figure 2.2 Physical and structure map of FSM2.1.1.1 音圈電機(jī)音圈電機(jī)是為快速反射鏡提供驅(qū)動(dòng)力矩的主要部件，鏡體中一共在基座裝 4 個(gè)音圈電機(jī)，每個(gè)象限安裝一個(gè)。這種安裝方式可以使快速反射鏡鏡體軸和Y軸兩個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)，并且對(duì)角線上的兩個(gè)電機(jī)一直處于相反的運(yùn)動(dòng)狀比單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有更大更穩(wěn)定的力矩輸出，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2.3 所示

11圖 2.6 快速反射鏡鏡體與控制器的連線Figure 2.6 The connection between mirror body and controller2.1.2 快速反射鏡驅(qū)動(dòng)器/控制器除了快速反射鏡鏡體，該控制系統(tǒng)還包括一個(gè)型號(hào)為 FSM-CD300B 的驅(qū)動(dòng)

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本文編號(hào)：2809223