音圈电机快速控制反射镜研究现状

快反镜通过精确控制反射镜偏转方向从而精确控制光束偏转角度,由于其具有响应速度快、工作带宽高、指向精度高等优点,被广泛应用于激光武器、精密跟踪、自由空间光通信等领域,实现精密跟踪、稳瞄、稳像、扫描和像移补偿等功能。介绍了国内外公司和研究机构研制的音圈电机快反镜的现状,分析了音圈电机快反镜的组成,对反射镜、驱动器、转角测量模块、柔性支撑等组件的方案选型进行了讨论。介绍了所研制的音圈电机快反镜的性能。最后,讨论了音圈电机快反镜大口径、高工作带宽、大转角范围和高指向精度的未来发展方向。

音圈电机激光扫描器的线性扫描控制

建立了音圈电机驱动的激光扫描器的模型并进行了参数辨识。由于音圈电机驱动的激光扫描器反馈回路的高频噪声较大,利用光电精密跟踪的传统方法,如改进型PID控制算法,以及理想闭环特性(最佳二阶特性)的逆向设计方法,系统并不能稳定工作,易振荡。分析了造成振荡的原因,采用前馈复合控制方法,避开了振荡因子同时又减小了稳态误差,解决了稳态误差和振荡的矛盾。结合反馈回路噪声大的特点,将滤波器加入反馈回路中,使激光扫描器不仅能稳定工作,消除了扫描时候的抖动,同时减少了线性扫描时候的磁滞现象。

高精度音圈快速反射镜的自适应鲁棒控制

为了进一步提高复合轴航空光电稳定平台的性能,文中首先在硬件电路中采用电流环将复杂的电机模型简化为一阶模型,同时保证电机的输出力矩稳定;然后在PD控制器的基础上,引入了自适应鲁棒控制器,对快速反射镜进行位置控制和扰动抑制;最后分别通过带宽测试实验、扰动抑制实验、视轴稳定实验和鲁棒性实验对其性能进行测试,并采用DOB型音圈式-快速反射镜和压电陶瓷式-快速反射镜做对比。实验结果表明:相比于传统的DOB型音圈式-快速反射镜系统,本文控制方法的参数鲁棒性更强;相比于传统的压电式-快速反射镜,本文控制方法不仅视轴稳定精度与其不相上下,还具有更大的行程。除此之外,在80Hz以内任意频率扰动的影响下,基于ARC型音圈式-快速反射镜的复合轴航空光电稳定平台的视轴稳定精度均可以控制在5μrad(RMS)以内;同时在-40℃~50℃的温度条件下依然可以保持该性能,远远优于DOB型音圈式-快速反射镜的效果。本文控制方法完全满足高精度航空光电稳定平台的性能要求,对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价值。