【摘要】：由于傳統(tǒng)兩軸跟蹤架轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大,同時(shí)存在軸系間隙及摩擦擾動(dòng)等因素使其響應(yīng)帶寬無法有效補(bǔ)償大氣湍流和載體振動(dòng)等高頻擾動(dòng)因素引起的光束指向失準(zhǔn)。在激光通訊、激光武器、空間目標(biāo)監(jiān)視、激光精密加工等領(lǐng)域通常需要獲得微弧度甚至亞微弧度量級(jí)的光束動(dòng)態(tài)指向精度,相應(yīng)需要采用復(fù)合軸控制二級(jí)穩(wěn)瞄系統(tǒng)或是具有高頻率響應(yīng)特性的一級(jí)穩(wěn)瞄系統(tǒng),兩者實(shí)現(xiàn)和依托的載體都是快速反射鏡,因此快速反射鏡的研究成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)課題之一。本文設(shè)計(jì)的快速反射鏡系統(tǒng)是以二級(jí)系統(tǒng)的應(yīng)用需求為背景,結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),采用了基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)為導(dǎo)向支撐和壓電陶瓷致動(dòng)器多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方案。首先介紹了快速反射鏡的工作原理和系統(tǒng)組成,根據(jù)系統(tǒng)的定位精度、通光口徑、偏轉(zhuǎn)范圍、響應(yīng)帶寬等指標(biāo)對(duì)驅(qū)動(dòng)器、傳感器等核心器件進(jìn)行了選型分析,闡明了傳感器、驅(qū)動(dòng)器位移與偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系,采用matlab軟件擬合近似的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型。重點(diǎn)分析設(shè)計(jì)了以PA93為核心的線性功率放大器,測(cè)試結(jié)果為非線性度為0.25%、分辨率為5mV、最大輸出紋波為13.91mV、時(shí)漂為10mV/8h和動(dòng)態(tài)功率帶寬為2kHz,測(cè)試指標(biāo)的結(jié)果表明該功率放大電路滿足預(yù)期設(shè)計(jì)要求。搭建基于控制器Euro209和高精度電容式傳感器的硬件平臺(tái),采用數(shù)字PID+前饋閉環(huán)控制算法,設(shè)計(jì)了主程序、串口通訊程序和報(bào)警程序等多任務(wù)線程,實(shí)現(xiàn)了多軸高速、高精度的同步及解耦控制,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:靜態(tài)誤差的絕對(duì)值小于0.25urad,均方根誤差小于0.10urad;靜態(tài)標(biāo)定的理論偏轉(zhuǎn)角與實(shí)際測(cè)量偏轉(zhuǎn)角最大絕對(duì)誤差小于8.5urad,最大相對(duì)誤差為0.99%;響應(yīng)90urad和180urad階躍信號(hào),上升時(shí)間分別為5.12ms和6.4ms,超調(diào)量分別為5%和6%,穩(wěn)態(tài)誤差達(dá)到?2%的時(shí)間分別為7.85ms和10ms;可以響應(yīng)最小偏轉(zhuǎn)角小于0.16urad;開環(huán)控制到閉環(huán)控制,階躍信號(hào)耦合度從12.71%降低到0.60%,動(dòng)態(tài)耦合度從2.63%降低到1.17%;動(dòng)態(tài)正/余弦信號(hào)10Hz和50Hz的重復(fù)定位精度為0.20urad,100Hz時(shí)的重復(fù)定位精度為0.50urad。
【圖文】：

圖 1-1 空間激光通訊題研究的意義代空間探測(cè)工程、軍事偵察與火控系統(tǒng)[40]、工業(yè)與醫(yī)療設(shè)備等大相關(guān)課題中，光束的精密指向、跟蹤與穩(wěn)定技術(shù)[41]已經(jīng)成為成部分[9]。尤其在大氣光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，如深空激光通信鏈路、精、化學(xué)遙感以及激光測(cè)振、激光精密加工等領(lǐng)域，必須要求光能夠精確控制光束的指向來補(bǔ)償大氣擾動(dòng)、載體振動(dòng)[39]等因素成像噪聲�，F(xiàn)代深空激光通信鏈路，要求控制激光束透過 200，瞄準(zhǔn)點(diǎn)狀光學(xué)天線。高能激光武器系統(tǒng)也要求能夠在 10 至透過大氣瞄準(zhǔn)點(diǎn)狀光學(xué)目標(biāo)。通常情況下，大氣擾動(dòng)引入的光 1000 赫茲以上，對(duì)光束瞄準(zhǔn)精度的要求也提高到了微弧度和統(tǒng)的光電視線穩(wěn)定平臺(tái)主要以補(bǔ)償載體低頻大幅度機(jī)械振動(dòng)為

圖 2-3 快速反射鏡的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖計(jì)的快速反射鏡機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖 2-3 所示，，機(jī)械的部件由基壓電陶瓷、傳感器組件、輕量化的鏡座、反射鏡和外罩組速反射鏡偏轉(zhuǎn)原理分析
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)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)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH74

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本文編號(hào)：2653876