空間相機是實現(xiàn)對地觀測、大氣和海洋探測及宇宙探測等應(yīng)用的主要有效載荷,根據(jù)不同的探測要求,相機觀測精度和成像質(zhì)量也有不同要求。高精度相機其光機溫度對成像質(zhì)量的影響受到廣泛關(guān)注,當(dāng)溫度發(fā)生變化時,鏡片表面的曲率半徑、透鏡的厚度、光學(xué)材料的折射率均會發(fā)生改變,這會造成焦距偏離和系統(tǒng)失準(zhǔn),導(dǎo)致相機成像模糊,嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)成像失敗的情況。隨著空間相機在具有寬視場及高分辨率的要求的場合越來越多,光機對控溫穩(wěn)定度提出了更高的要求。針對這些問題,本文對空間光機的溫度控制技術(shù)進行了以下幾個方面的研究:首先,本文應(yīng)用傳熱學(xué)理論對某空間光機中采用主動熱控措施進行精密溫控的光機結(jié)構(gòu)(鏡框)進行了數(shù)學(xué)建模。由于建立的鏡框溫控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型隨環(huán)境溫度的變化而變化,使得最優(yōu)的PID控制器參數(shù)會隨之而變化。針對這一現(xiàn)象,本文將PID參數(shù)整定方法與空間光機的數(shù)學(xué)模型相結(jié)合,提出了一種基于空間光機熱模型的自適應(yīng)PID控溫方法,使PID控溫算法的參數(shù)自整定更加簡潔。然后,將基于光機熱模型的自適應(yīng)PID控溫方法應(yīng)用于鏡框的溫度控制,求得最佳動態(tài)響應(yīng)的PID參數(shù)與遮光罩及鏡框溫度的關(guān)系,使遮光罩溫度發(fā)生周期性變化,通過仿真驗證...

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號表
第一章 緒論
    1.1 課題的背景與意義
    1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 研究進展
        1.2.2 研究現(xiàn)狀分析總結(jié)
    1.3 主要研究內(nèi)容、創(chuàng)新點及章節(jié)安排
        1.3.1 主要研究內(nèi)容
        1.3.2 本文創(chuàng)新點
        1.3.3 本文脈絡(luò)及章節(jié)安排
    1.4 本章小結(jié)
第二章 光機熱特性分析及系統(tǒng)建模
    2.1 溫度對光機的影響分析
        2.1.1 溫度變化對材料折射率的影響
        2.1.2 溫度對光學(xué)系統(tǒng)焦距的影響
        2.1.3 溫度變化對應(yīng)力的影響
    2.2 光機載荷的空間熱環(huán)境
    2.3 光機載荷的結(jié)構(gòu)及溫控指標(biāo)
        2.3.1 光機載荷的結(jié)構(gòu)
        2.3.2 光機載荷的溫控指標(biāo)
    2.4 光機載荷的溫控方案
        2.4.1 遮光罩熱設(shè)計
        2.4.2 主支撐結(jié)構(gòu)熱設(shè)計
        2.4.3 光學(xué)組件熱設(shè)計
    2.5 熱電類比理論
    2.6 建立數(shù)學(xué)模型
    2.7 光機溫控系統(tǒng)模型
    2.8 本章小結(jié)
第三章 光機溫控算法
    3.1 PID控制算法
        3.1.1 PID控制原理
        3.1.2 數(shù)字PID控制算法
        3.1.3 PID三個參數(shù)的調(diào)節(jié)作用
        3.1.4 PID控制的局限性
    3.2 自適應(yīng)PID控制
        3.2.1 參數(shù)自適應(yīng)PID控制
        3.2.2 非參數(shù)自適應(yīng)PID控制
    3.3 基于光機熱模型的自適應(yīng)PID控溫方法
        3.3.1 基于光機熱模型的自適應(yīng)PID控溫原理
        3.3.2 基于光機熱模型的自適應(yīng)PID控溫方法的設(shè)計步驟
    3.4 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法
    3.5 本章小結(jié)
第四章 光機溫控系統(tǒng)仿真與結(jié)果分析
    4.1 基于鏡框數(shù)學(xué)模型的溫控算法
    4.2 鏡框溫控系統(tǒng)仿真驗證
        4.2.1 仿真工況一
        4.2.2 仿真工況二
    4.3 本章小結(jié)
第五章 光機溫控系統(tǒng)具體實現(xiàn)
    5.1 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計
        5.1.1 系統(tǒng)硬件部分總體設(shè)計
        5.1.2 測溫電路設(shè)計
        5.1.3 時鐘電路設(shè)計
        5.1.4 輸出控制電路
        5.1.5 PCB板設(shè)計
    5.2 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計
        5.2.1 主程序流程
        5.2.2 溫度數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換程序
        5.2.3 中位值濾波程序
        5.2.4 自適應(yīng)PID控制算法程序
        5.2.5 PWM輸出
    5.3 本章小結(jié)
第六章 光機溫控系統(tǒng)實驗與結(jié)果分析
    6.1 光機溫控系統(tǒng)實驗裝置
    6.2 實驗及結(jié)果分析
        6.2.1 實驗工況一
        6.2.2 實驗工況二
    6.3 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 全文總結(jié)與主要結(jié)論
    7.2 研究方向展望
參考文獻
致謝
作者簡歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果



本文編號：3831510