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Battlefield dynamic scanning and staring imaging system based on fast steering mirror 被引量:3
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作者 CHANG Tianqing WANG Quandong +2 位作者 ZHANG Lei HAO Na DAI Wenjun 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2019年第1期37-56,共20页
This paper presents the design of an experimental battlefield dynamic scanning and staring imaging system based on a fast steering mirror(FSM), which is capable of real-time monitoring of hot targets and wide-area rec... This paper presents the design of an experimental battlefield dynamic scanning and staring imaging system based on a fast steering mirror(FSM), which is capable of real-time monitoring of hot targets and wide-area reconnaissance of hot regions. First,the working principle and working sequence of the FSM are briefly analyzed. The mathematical model of the FSM system is built by modeling its dynamic and electrical properties, and the rationality of the model is validated by means of model identification. Second,the influence of external sources of disturbance such as the carrier and moment on the control precision of the FSM is effectively suppressed by the jointly controlling of proportional integral(PI)and disturbance observer(DOB), thus realizing a high precision and strong robustness control of the FSM system. Then, this paper designs an experimental prototype and introduces a special optical structure to enable the infrared camera to share the FSM with the visible light camera. Finally, the influence of the velocity difference between the mirror of the FSM and the rotating platform on the imaging quality of the system is experimentally analyzed by using the image sharpness evaluation method based on point sharpness. A good dynamic scanning and staring imaging result is achieved when the velocity of these two components correspond. 展开更多
关键词 fast steering mirror (FSM) dynamic scanning and staring backscanning compensation DISTURBANCE OBSERVER (DOB) point sharpness.
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Model-based design method of two-axis four-actuator fast steering mirror system 被引量:2
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作者 黑沫 张连超 +2 位作者 周擎坤 鲁亚飞 范大鹏 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第1期150-158,共9页
This work was focused on the model-based design method of two-axis four-actuator(TAFA) fast steering mirror system(FSM), in order to improve the design efficiency. The structure and operation principle commonality of ... This work was focused on the model-based design method of two-axis four-actuator(TAFA) fast steering mirror system(FSM), in order to improve the design efficiency. The structure and operation principle commonality of normal TAFA FSM were investigated. Based on the structure and the commonality, the conditions of single-axis idea, high-frequency resonance and coupling were modeled gradually. Combining these models, a holonomic system model was established to reflect and predict the performance of TAFA FSM. A model-based design method was proposed based on the holonomic system model. The design flow and design concept of the method were described. In accordance with the method, a TAFA FSM was designed. Simulations and experiments of the FSM were done, and the results of them were compared. The compared results indicate that the holonomic system model can well reflect and predict the performance of TAFA FSM. The bandwidth of TAFA FSM is more than 250 Hz; adjust time is less than 15 ms;overshoot is less than 8%; position accuracy is better than 10 μrad; the FSM prototype can satisfy the requirements. 展开更多
关键词 fast steering mirror system model-based design dynamic modeling
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Modeling of a dynamic dual-input dual-output fast steering mirror system
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作者 Hong SONG Jia-heng ZHANG +9 位作者 Ping YANG Hao-cai HUANG Shu-yue ZHAN Teng-jun LIU Yi-lu GUO Hang-zhou WANG Hui HUANG Quan-quan MU Mei-fen FANG Ming-yuan YANG 《Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering》 SCIE EI CSCD 2017年第10期1488-1498,共11页
A modeling method is proposed for a dynamic fast steering mirror(FSM) system with dual inputs and dual outputs. A physical model of the FSM system is derived based on first principles, describing the dynamics and coup... A modeling method is proposed for a dynamic fast steering mirror(FSM) system with dual inputs and dual outputs. A physical model of the FSM system is derived based on first principles, describing the dynamics and coupling between the inputs and outputs of the FSM system. The physical model is then represented in a state-space form. Unknown parameters in the state-space model are identified by the subspace identification algorithm, based on the measured input-output data of the FSM system. The accuracy of the state-space model is evaluated by comparing the model estimates with measurements. The variance-accounted-for value of the state-space model is better than 97%, not only for the modeling data but also for the validation data set, indicating high accuracy of the model. Comparison is also made between the proposed dynamic model and the conventional static model, where improvement in model accuracy is clearly observed. The model identified by the proposed method can be used for optimal controller design for closed-loop FSM systems. The modeling method is also applicable to FSM systems with similar structures. 展开更多
关键词 fast steering mirror dynamic system Input-output coupling Physical modeling Subspace identification
原文传递
基于动力学模型的快速反射镜设计 被引量:30
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作者 黑沫 鲁亚飞 +2 位作者 张智永 范大鹏 夏年中 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期53-61,共9页
为了实现快速反射镜系统(FSM)的性能预测和快速设计,建立了两轴FSM的动力学模型,并提出了基于该动力学模型的FSM设计方法。介绍了FSM的结构与工作原理,推导了FSM的理想动力学模型,分析了FSM的高阶谐振和轴间耦合,建立了二自由度FSM整体... 为了实现快速反射镜系统(FSM)的性能预测和快速设计,建立了两轴FSM的动力学模型,并提出了基于该动力学模型的FSM设计方法。介绍了FSM的结构与工作原理,推导了FSM的理想动力学模型,分析了FSM的高阶谐振和轴间耦合,建立了二自由度FSM整体模型。基于该模型,设计了某型FSM的主要参数,并进行了性能仿真。根据所设计的参数制作了FSM试验样机,测试了样机性能。试验结果表明:模型性能仿真结果与试验样机测试结果基本一致,系统带宽达到250Hz以上,调节时间小于15ms,超调量小于8%,定位精度优于20μrad。结果表明,设计的FSM样机性能满足指标要求,验证了该设计方法的有效性和正确性。 展开更多
关键词 快速反射镜 快速设计 激光束控制 动力学建模
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相位检测法定镜自适应校正技术 被引量:11
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作者 于立民 代作晓 +1 位作者 王模昌 施志华 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2003年第5期448-452,共5页
为保持傅里叶变换光谱仪在动镜运动和外界震动等恶劣条件下动镜和定镜间的准直性,采用了相位检测法检测准直性误差的定镜自适应校正技术。介绍了相位检测法的基本原理和实现自适应校正的途径以及自适应校正系统的基本结构。采用高速压... 为保持傅里叶变换光谱仪在动镜运动和外界震动等恶劣条件下动镜和定镜间的准直性,采用了相位检测法检测准直性误差的定镜自适应校正技术。介绍了相位检测法的基本原理和实现自适应校正的途径以及自适应校正系统的基本结构。采用高速压电倾斜镜作为驱动补偿元件,分析了相位检测精度对校正精度的影响。实验结果表明,采用自适应校正后系统干涉效率明显提高。 展开更多
关键词 相位检测 自适应校正 准直性 高速压电倾斜镜 傅里叶变换光谱仪
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高速压电倾斜镜动态特性分析 被引量:10
6
作者 张小军 凌宁 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第10期966-968,共3页
 介绍了高速压电倾斜镜的结构和工作原理,根据拉格朗日方程建立了高速压电倾斜镜转动的运动微分方程,推导了其固有频率的解析式,并以有限元模型与实测结果作了比较,证明所推导的理论模型是可信的,它对高速压电倾斜镜的结构设计具有指...  介绍了高速压电倾斜镜的结构和工作原理,根据拉格朗日方程建立了高速压电倾斜镜转动的运动微分方程,推导了其固有频率的解析式,并以有限元模型与实测结果作了比较,证明所推导的理论模型是可信的,它对高速压电倾斜镜的结构设计具有指导意义。 展开更多
关键词 高速压电倾斜反射镜 压电驱动器 动态分析
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倾斜镜系统动态耦合数学模型的建立方法 被引量:1
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作者 宋宏 张嘉恒 +5 位作者 郦瑞奇 刘腾君 詹舒越 杨萍 穆全全 杨文静 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第3期179-184,共6页
主要探究了在传感器采样频率较高(如高速相机、位置传感器)、倾斜镜动态特性不可忽略的情况下,如何基于实验数据建立开环倾斜镜系统的动态耦合数学模型的问题。分析了系统的动态特性以及输入与输出之间的耦合,提出了基于倾斜镜系统的输... 主要探究了在传感器采样频率较高(如高速相机、位置传感器)、倾斜镜动态特性不可忽略的情况下,如何基于实验数据建立开环倾斜镜系统的动态耦合数学模型的问题。分析了系统的动态特性以及输入与输出之间的耦合,提出了基于倾斜镜系统的输入输出数据、采用子空间辨识算法建立倾斜镜系统动态耦合数学模型的方法,并通过实验评估了模型的准确性和建模方法的可行性。实验结果显示,通过该方法所建立的倾斜镜动态耦合模型的VAF值达到95%,模型准确性相比传统的静态模型有了很大提高,验证了建模方法的可行性。研究成果可用于闭环倾斜镜系统优化反馈控制器的设计,提高系统对于光束偏移矫正的性能。 展开更多
关键词 倾斜镜 多输入多输出系统 动态耦合模型 子空间辨识
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傅立叶光谱仪动态校正技术的研究 被引量:5
8
作者 于立民 代作晓 《红外》 CAS 2003年第2期18-22,39,共6页
本文利用自适应光学原理,对精密度要求较高的傅立叶变换光谱仪由于外界环境变化和机械震动等影响产生的准直性变化提出自适应校正的解决思想,分析了误差的可能种类和来源,提出了基本的校正方法。其中对某些变化量的探测提出了自己的一... 本文利用自适应光学原理,对精密度要求较高的傅立叶变换光谱仪由于外界环境变化和机械震动等影响产生的准直性变化提出自适应校正的解决思想,分析了误差的可能种类和来源,提出了基本的校正方法。其中对某些变化量的探测提出了自己的一些简便易行的方法。文中对校正的可行性进行了分析,得出了比较可行的方案。 展开更多
关键词 傅立叶变换光谱仪 动态校正 自适应光学 误差 高速压电倾斜镜
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滑模动态面控制在快速反射镜系统中的应用 被引量:5
9
作者 魏文军 赵雪童 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期714-721,共8页
针对快速反射镜系统在捕获、跟踪、瞄准过程中,由于外界环境以及音圈电机机械惯性和电磁惯性所引起的影响跟踪精度以及响应时间的不确定性干扰问题,提出了一种滑模动态面控制器(SMDSC)。此控制器引入跟踪微分器(TD)代替传统动态面控制... 针对快速反射镜系统在捕获、跟踪、瞄准过程中,由于外界环境以及音圈电机机械惯性和电磁惯性所引起的影响跟踪精度以及响应时间的不确定性干扰问题,提出了一种滑模动态面控制器(SMDSC)。此控制器引入跟踪微分器(TD)代替传统动态面控制中的一阶滤波器,改善了一阶惯性环节收敛速度和控制精度不理想的问题,另外控制器将滑模控制和动态面控制相结合,进一步提高了系统的抗干扰能力和跟踪精度。研究表明,设计的SMDSC与传统动态面控制、经典PID控制相比较,上升时间分别提高了62.5%、75%;调节时间分别提高了72%、88%;跟踪精度分别提升了75%、96%。 展开更多
关键词 快速反射镜 动态面 滑模 跟踪微分器 音圈电机
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快速反射镜中柔顺传动机构应用与研究现状 被引量:4
10
作者 范大鹏 谭若愚 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第24期2899-2909,共11页
从柔顺传动机构自身运动特点出发,介绍了应用在快速反射镜中较典型的柔性支承传动结构,对国外早期几款比较有特点和现阶段较为先进的快速反射镜从驱动方式、结构布局、支承传动、工作原理等方面进行了介绍和分析。针对目前柔顺传动机构... 从柔顺传动机构自身运动特点出发,介绍了应用在快速反射镜中较典型的柔性支承传动结构,对国外早期几款比较有特点和现阶段较为先进的快速反射镜从驱动方式、结构布局、支承传动、工作原理等方面进行了介绍和分析。针对目前柔顺传动机构的研究情况,归纳了应用在快速反射镜中柔顺传动单元的设计方法、空间机构构型、刚度分析以及整体动力学分析方法等。最后对快速反射镜中柔顺传动机构的研究和发展方向作出了总结。 展开更多
关键词 柔顺传动机构 快速反射镜 空间柔顺机构 动力学分析
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压电倾斜镜的自校正PID高精度跟踪控制
11
作者 王耿 聂建伟 白福忠 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2015年第4期520-524,共5页
压电倾斜镜是一种集光、机、电、控于一体的复杂强耦合非线性元器件。然而,由于压电材料迟滞非线性的存在,很难实现对倾斜镜倾斜角的高精度跟踪控制。为了对其进行有效控制,建立了倾斜镜带有扰动的单输入单输出模型,并采用自校正PID控... 压电倾斜镜是一种集光、机、电、控于一体的复杂强耦合非线性元器件。然而,由于压电材料迟滞非线性的存在,很难实现对倾斜镜倾斜角的高精度跟踪控制。为了对其进行有效控制,建立了倾斜镜带有扰动的单输入单输出模型,并采用自校正PID控制算法构成闭环控制实现动态跟踪定位。相应的开闭环实验结果表明:系统闭环后的输入输出跟踪曲线最大误差达0.66%,平均误差达0.10%,比开环性能有大幅度提高。也证实了极点配置自校正PID算法对倾斜镜跟踪控制系统的有效性。 展开更多
关键词 压电倾斜镜 迟滞非线性 自校正PID 动态跟踪
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压电驱动FSM的动态性能分析 被引量:6
12
作者 周辉 杨明冬 +1 位作者 贾建军 王建宇 《科学技术与工程》 北大核心 2013年第18期5168-5171,共4页
快速倾斜镜(FSM)常用作光束控制的执行装置,很多场合都要求其具有优秀的动态性能。利用有限元分析法和动态模型方法对某FSM的动态性能进行了分析。对设计制造的FSM实物实施了动态性能测试,分析和验证了频率特性曲线中所表现的非线性和... 快速倾斜镜(FSM)常用作光束控制的执行装置,很多场合都要求其具有优秀的动态性能。利用有限元分析法和动态模型方法对某FSM的动态性能进行了分析。对设计制造的FSM实物实施了动态性能测试,分析和验证了频率特性曲线中所表现的非线性和机械谐振特性,发现加固层和结构摩擦作用下激发出的压电堆叠弯曲模态也是FSM动态性能的制约因素。 展开更多
关键词 快速倾斜镜 压电堆叠 频率特性 动态模型 有限元分析
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提高高速压电倾斜镜应用带宽的方法 被引量:4
13
作者 朱衡 陈东红 +1 位作者 凌宁 姜文汉 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2009年第7期60-64,共5页
本文提出了一种基于薄板径向支撑的高速压电倾斜镜。首先根据拉格朗日方程建立了这种基于薄板径向支撑的高速压电倾斜镜简化模型的动力学方程,然后推导出了其倾斜方向谐振频率理论表达式;根据理论表达式可以预测倾斜镜的动态性能。在理... 本文提出了一种基于薄板径向支撑的高速压电倾斜镜。首先根据拉格朗日方程建立了这种基于薄板径向支撑的高速压电倾斜镜简化模型的动力学方程,然后推导出了其倾斜方向谐振频率理论表达式;根据理论表达式可以预测倾斜镜的动态性能。在理论分析的基础上,我们制作了这种薄板结构,将其加入到原有结构倾斜镜中,进行了频响测试以及角行程测试分析。比较理论分析和实验测试分析的结果,证实了薄板部件的加入对于倾斜镜应用带宽的提高有显著作用。 展开更多
关键词 高速压电倾斜镜 薄板径向支撑 动力学分析 自适应光学系统
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基于模型预测控制的大口径快摆镜随动系统 被引量:2
14
作者 孙浩添 杜福嘉 张志永 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期242-249,共8页
为了满足地基大口径望远镜精密稳像系统的需求,对大口径快摆镜(FSM)的控制方法进行了研究。为了解决三促动器FSM的运动解耦为系统辨识带来的困难,通过解析法和系统辨识法相结合建立了FSM的传递函数模型。依据该模型,设计了PID控制器与... 为了满足地基大口径望远镜精密稳像系统的需求,对大口径快摆镜(FSM)的控制方法进行了研究。为了解决三促动器FSM的运动解耦为系统辨识带来的困难,通过解析法和系统辨识法相结合建立了FSM的传递函数模型。依据该模型,设计了PID控制器与模型预测控制器(MPC),采用仿真和实验两种方式比较了两种控制器的效果。仿真结果表明,在受到阶跃扰动后,MPC控制器的恢复速度是PID控制器的45倍。在50 Hz正弦信号下,由于FSM的大惯量特点,PID控制器有严重的时滞,而MPC控制器能以1.224×10^-6″的误差稳定跟随。在噪声抑制方面,对实时加入10%幅值噪声的随机信号,MPC控制器的噪声抑制效果是PID控制器的13.3倍。实验结果表明,MPC控制器能以0.430″的误差稳定跟随50 Hz正弦信号,其跟踪精度是PID控制器的3.212倍,采用MPC控制器的快摆镜能满足快摆镜高带宽和高精度的需求。 展开更多
关键词 大口径快摆镜 系统辨识 模型预测控制 动态模型
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一种电视成像系统动态传递函数的快速测量方法
15
作者 董再天 张一军 陶忠 《兵器装备工程学报》 CAS 2016年第9期128-132,共5页
为了研究平台振动与电视成像系统传递函数之间的关系,提出了一种电视成像系统动态传递函数快速测量方法。通过将压电陶瓷带动的快速反射镜系统引入I-SITE测量系统光路中的方法,实现了对不同振动环境下电视成像系统传递函数的快速测量。... 为了研究平台振动与电视成像系统传递函数之间的关系,提出了一种电视成像系统动态传递函数快速测量方法。通过将压电陶瓷带动的快速反射镜系统引入I-SITE测量系统光路中的方法,实现了对不同振动环境下电视成像系统传递函数的快速测量。通过测量发现,平台低频振动时,随着频率的增加,电视成像系统动态传递函数下降速度比静止时增加了10.1%-41.2%;平台高频振动时,随着频率的增加电视成像系统动态传递函数下降速度比静止时增加了42%。 展开更多
关键词 电视成像系统 平台振动 电视成像系统动态传递函数 快速反射镜
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一种共光路自动对准系统 被引量:9
16
作者 潘高峰 张景旭 陈娟 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期1500-1504,共5页
强激光发射装置和光电跟踪系统中,光学器件多,光路复杂,光学机械零件位置的相对移动会使光轴平行度偏离,为此提出一种共光路自动对准系统。基于对准原理,利用激光发射光路,建立上、下行基准光束,使之分别与系统轴系、出射激光平行,并且... 强激光发射装置和光电跟踪系统中,光学器件多,光路复杂,光学机械零件位置的相对移动会使光轴平行度偏离,为此提出一种共光路自动对准系统。基于对准原理,利用激光发射光路,建立上、下行基准光束,使之分别与系统轴系、出射激光平行,并且通过自准直CCD测角仪测出上、下行光路的角偏差值,控制信号驱动快速控制反射镜,使快速控制反射镜两轴转动到角偏差为零值,实现发射激光与一级扩束系统对准及一级扩束系统与跟瞄系统之间的精密自动对准。实验结果表明,对准后的光轴平行度为5.21″,快速控制反射镜的闭环精度不大于5″。 展开更多
关键词 激光器 强激光器 自动对准 CCD测角仪 快速控制反射镜
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