本文關鍵詞：空間衛(wèi)星激光通信精瞄微定位系統(tǒng)的設計和研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：APT技術是中繼衛(wèi)星間鏈路技術中最核心的技術之一,分為捕獲,瞄準,跟蹤三個部分。在這個方面我國和國外比存在著很大的差距,這個差距是由于我國開始研究激光鏈路技術比較遲,很多研究還都處于低水平的仿真仿真驗證或者是一些關鍵技術的驗證,同時也包括一些方法上的研究。而精瞄技術在瞄準和跟蹤方面起到至關重要的作用,精瞄技術水平的高低是直接關系到星間鏈路穩(wěn)定的好壞以及通信能否正常的關鍵,現(xiàn)在不論是國外還是國內(nèi)都有大量的學者都在努力研究精瞄技術,因此對精瞄技術進行深入的研究非常有必要。精瞄微定位系統(tǒng)屬于高精密高頻響系統(tǒng),需要有很高的精確度以及很高的控制頻率和響應速度。本文通過對精瞄偏轉鏡(FSM)及其功能進行詳細介紹,闡述其在APT系統(tǒng)中的工作過程。在此基礎上,文章對精瞄微定位系統(tǒng)設計進行了詳細的介紹,精瞄微定位系統(tǒng)包括上位機,硬件電路,軟件程序,精瞄偏轉鏡。精瞄微定位系統(tǒng)上位機是用LABVIEW軟件設計,硬件電路設計部分重點對壓電陶瓷驅(qū)動模塊和位置檢測模塊進行了介紹,壓電陶瓷驅(qū)動模塊的好壞直接關系到壓電陶瓷能否正常工作以及快速充放電,位置檢測模塊的功能是檢測從壓電陶瓷內(nèi)電阻式應變片組成的差動電橋電路反饋回的微弱電壓信號。文章將對精瞄偏轉鏡的結構,工作原理進行細致的講解,并計算壓電陶瓷的工作諧振頻率,為后面的控制做準備。對于壓電陶瓷的遲滯,蠕變和受溫度影響大等非線性特性,本文對壓電陶瓷的遲滯曲線進行了數(shù)學建模,通過擬合遲滯曲線的方式建立起了模型,并通過壓電陶瓷的模型預測作為控制系統(tǒng)的前饋控制,以此來消除遲滯非線性帶來的誤差,同時也對蠕變特性進行了建模。然后本文對精瞄微定位系統(tǒng)的控制算法進行詳細的描述,通過比較一般的控制算法包括簡單閉環(huán)控制和PID控制,提出了一種基于壓電陶瓷模型預測前饋的分段變速積分增量式PID控制算法。文章最后通過建立MATLAB模型仿真和采用實物驗證的方式共同驗證了本文提出的基于壓電陶瓷模型預測前饋的分段變速積分增量式PID控制算法在控制由壓電陶瓷制動器驅(qū)動FSM方面的優(yōu)越性。精瞄技術是星間鏈路通信技術的核心技術之一,對星間鏈路的控制精度和控制帶寬有著決定性的影響,精瞄微定位系統(tǒng)設計最核心的技術包括壓電陶瓷驅(qū)動模塊和位置檢測模塊電路的設計,其次壓電陶瓷執(zhí)行器的數(shù)學建模的模型精度也是影響控制速度的主要因素,研究一種適合壓電陶瓷驅(qū)動的精瞄偏轉鏡的控制算法能夠有效提高其控制精度。
【關鍵詞】：精瞄微定位系統(tǒng) APT 壓電陶瓷 數(shù)學建模 控制算法
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN927.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 課題來源及研究的背景和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析10-12
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 論文組織結構12-13
• 第2章 精瞄微定位系統(tǒng)簡介13-18
• 2.1 精瞄偏轉鏡簡介13-15
• 2.2 精瞄微定位系統(tǒng)在APT系統(tǒng)中的工作過程15-17
• 2.3 本章小結17-18
• 第3章 精瞄微定位系統(tǒng)設計及實現(xiàn)18-39
• 3.1 精瞄微定位控制系統(tǒng)簡介18
• 3.2 精瞄微定位系統(tǒng)上位機設計及實現(xiàn)18-24
• 3.3 硬件電路設計及實現(xiàn)24-36
• 3.3.1 硬件電路設計24-28
• 3.3.2 微定位檢測模塊設計28-30
• 3.3.3 壓電陶瓷驅(qū)動模塊設計30-31
• 3.3.4 實測數(shù)據(jù)31-32
• 3.3.5 驅(qū)動電路輸出線性度和分辨率32-36
• 3.4 EMC設計36-38
• 3.5 精瞄電路板實物圖38
• 3.6 本章小結38-39
• 第4章 精瞄微定位系統(tǒng)的研究39-56
• 4.1 精瞄微定位系統(tǒng)的工作原理39
• 4.2 精瞄偏轉鏡的研究39-43
• 4.2.1 精瞄偏轉鏡的結構40-41
• 4.2.2 精瞄偏轉鏡的工作方式41-42
• 4.2.3 精瞄偏轉鏡的工作頻率42-43
• 4.3 精瞄微定位系統(tǒng)的控制方案43-44
• 4.4 壓電陶瓷的非線性分析及數(shù)學建模44-51
• 4.4.1 壓電陶瓷的非線性分析44-46
• 4.4.2 壓電陶瓷遲滯特性的建模46-50
• 4.4.3 壓電陶瓷蠕變特性的建模50-51
• 4.5 精瞄微定位系統(tǒng)控制算法的研究51-55
• 4.5.1 數(shù)字PID控制算法51-52
• 4.5.2 基于壓電陶瓷模型預測前饋的分段變速積分增量式PID控制52-55
• 4.6 本章小結55-56
• 第5章 精瞄微定位系統(tǒng)仿真與實物驗證56-59
• 5.1 MATLAB仿真56-57
• 5.2 LABVIEW實時顯示驗證57-58
• 5.3 本章小結58-59
• 結論59-61
• 參考文獻61-65
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果65-67
• 致謝67

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 許秀;黃金華;;新型連續(xù)變速積分控制算法研究及應用[J];工業(yè)儀表與自動化裝置;2006年06期

2 倪飛,鄧興成,李賢;空間光通信ATP系統(tǒng)中光信號處理技術研究[J];激光雜志;2000年04期

3 于靖軍,宗光華,畢樹生,趙瑋;納米級精度柔性機器人的設計方法及實現(xiàn)研究[J];中國機械工程;2002年18期

  本文關鍵詞：空間衛(wèi)星激光通信精瞄微定位系統(tǒng)的設計和研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：382343