本文關(guān)鍵詞：基于模擬電路的快速反射鏡控制技術(shù)研究

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【摘要】：在空間光通信系統(tǒng)中,為了建立良好的通信鏈路并保持該鏈路,通常采用捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)(Acquisition,Tracking,Pointing,簡稱ATP)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)通信雙方的精確對準(zhǔn)。由于衛(wèi)星平臺的抖動(dòng)干擾是影響ATP系統(tǒng)跟蹤精度的最大影響因素,這就要求ATP系統(tǒng)有很高的控制帶寬來抑制平臺擾動(dòng),從而提高ATP系統(tǒng)的跟蹤精度。ATP系統(tǒng)通常采用復(fù)合軸結(jié)構(gòu),即組成粗精跟蹤方式。而快速反射鏡(Fast Steering Mirror/Fine Steering Mirror,FSM)作為ATP系統(tǒng)精跟蹤部分的控制核心,在位置跟蹤過程中必須要有足夠高的響應(yīng)速度和控制帶寬來抑制粗跟蹤的殘余高頻誤差。本文首先對快速反射鏡的發(fā)展現(xiàn)狀及研究趨勢進(jìn)行了深入調(diào)研,順應(yīng)快速反射鏡大口徑、大角行程范圍、高控制帶寬的發(fā)展應(yīng)用需求,提出了模擬控制方法,并詳細(xì)介紹了快速反射鏡模擬控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,說明了現(xiàn)有技術(shù)的不足。深入分析了快速反射鏡系統(tǒng)伺服控制帶寬的影響因素,在此基礎(chǔ)上對快速反射鏡的工作原理進(jìn)行了分析,通過數(shù)學(xué)建模和對象特性測量的方法得出了快速反射鏡的傳遞函數(shù)。基于上述數(shù)據(jù),總結(jié)分析了成熟的數(shù)字控制方法,為模擬控制的實(shí)現(xiàn)提供一定的借鑒和依據(jù)。本文重點(diǎn)探討了模擬控制方法在提高快速反射鏡系統(tǒng)控制帶寬上的特點(diǎn),研究如何在保證系統(tǒng)穩(wěn)定和跟蹤精度的基礎(chǔ)之上提高快速反射鏡的控制帶寬。分析了模擬控制器的實(shí)現(xiàn)難點(diǎn),即降低FSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)諧振頻率處的增益較大的峰值,提出了速度反饋電路和陷波器的方法來抑制結(jié)構(gòu)諧振。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)整個(gè)模擬控制電路,在電路仿真軟件TINA中對模擬電路進(jìn)行仿真分析�；谏鲜鲭娐吩碇谱髁擞≈瓢咫娐�(PCB),成功了實(shí)現(xiàn)了快速反射鏡模擬控制的硬件電路。搭建了快速反射鏡實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件電路,開展了快速反射鏡系統(tǒng)測試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:陷波器成功消除了快速反射鏡的結(jié)構(gòu)諧振,拓展了系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的控制帶寬。但是由于陷波器造成的相位上的變化,限制了帶寬的提高,快速反射鏡全模擬控制電路閉環(huán)測試結(jié)果顯示,FSM控制帶寬為40Hz,誤差信號抑制帶寬為32Hz,系統(tǒng)跟蹤精度為31.91urad,關(guān)于模擬控制技術(shù)性能提高有待進(jìn)一步的研究。
【關(guān)鍵詞】：空間光通信 捕獲跟蹤瞄準(zhǔn) 快速反射鏡 模擬電路 控制帶寬
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.1;TN710
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目錄7-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 快速反射鏡的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢10-17
• 1.3 快速反射鏡模擬控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀17-20
• 1.5 本文研究內(nèi)容20-22
• 第2章 快速反射鏡系統(tǒng)22-38
• 2.1 快速反射鏡控制帶寬的影響因素22-26
• 2.1.1 機(jī)械諧振23-24
• 2.1.2 探測器24-25
• 2.1.3 控制器25-26
• 2.2 快速反射鏡系統(tǒng)26-32
• 2.2.1 FSM建模27-30
• 2.2.2 電渦流位移傳感器30-31
• 2.2.3 功率放大器31-32
• 2.3 快速反射鏡的對象特性測量32-34
• 2.3.1 動(dòng)態(tài)信號分析儀測試原理32-33
• 2.3.2 FSM開環(huán)頻率響應(yīng)33-34
• 2.4 數(shù)字控制方法設(shè)計(jì)與仿真34-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第3章 快速反射鏡模擬控制電路設(shè)計(jì)與仿真38-52
• 3.1 機(jī)械諧振的抑制38-42
• 3.1.1 不完全微分控制法38-39
• 3.1.2 零極點(diǎn)對消法39-40
• 3.1.3 陷波器40-42
• 3.2 模擬控制電路總體設(shè)計(jì)42-50
• 3.2.1 雙T陷波器43-45
• 3.2.2 電渦流信號處理電路45-46
• 3.2.3 模擬控制器46-50
• 3.3 全模擬的快反鏡系統(tǒng)控制電路實(shí)現(xiàn)50-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第4章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析52-65
• 4.1 實(shí)驗(yàn)測試平臺介紹52-53
• 4.2 抑制諧振的實(shí)驗(yàn)分析53-58
• 4.2.1 諧振影響帶寬的實(shí)驗(yàn)測試53-54
• 4.2.2 改善FSM系統(tǒng)頻率特性的實(shí)驗(yàn)54-58
• 4.3 FSM系統(tǒng)閉環(huán)特性實(shí)驗(yàn)測試58-63
• 4.3.1 動(dòng)態(tài)特性測試59-61
• 4.3.2 靜態(tài)特性測試61-63
• 4.4 控制算法對FSM系統(tǒng)抑制帶寬的影響實(shí)驗(yàn)63-64
• 4.5 本章小結(jié)64-65
• 第5章 總結(jié)與展望65-67
• 5.1 本文主要研究工作65
• 5.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)65-66
• 5.3 未來工作展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-69
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果69-70
• 作者簡歷69
• 獲獎(jiǎng)情況69
• 已發(fā)表（或正式接受）的學(xué)術(shù)論文69
• 申請或已獲得的專利69-70

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本文編號：896862