基于新型重复控制器的高精度摆镜伺服系统研究

为了解决摆镜伺服系统周期速度振荡的问题,采用直流电机作为扫描驱动电机,建立伺服系统的数学模型,根据摆镜扫描的周期性特点,提出了一种改进的重复控制器对伺服系统的转速进行控制,实现结果表明该方法很好的改善了系统的跟踪性能,有效的提高了摆镜扫描的速度稳定性,抑制了电机的振荡现象.     

摆镜扫描的重复控制系统

为解决摆镜扫描速度振荡的问题,采用永磁同步电机作为扫描驱动电机,建立了控制系统的传递函数模型.同时,根据摆镜扫描运动具有周期性的特点,提出了一种改进结构的重复控制器对扫描电机的转速进行控制.该控制器引入两个放大环节对系统增益进行调节,从而改善了系统的跟踪性能.实验结果显示,该控制系统能够有效地提高摆镜扫描的速度稳定性,抑制扫描电机在换向时的振荡现象.     

多扫描周期摆镜伺服系统设计与实现

扫描摆镜伺服系统是扫描型热像仪的核心部件之一,扫描摆镜摆动周期需适应热像仪视频制式的要求。为了支持扫描型热像不同速率视频输出的需求,基于双向扫描摆动方式,设计并实现了多扫描周期摆镜伺服系统。给出了基于FPGA、MCU构架的硬件方案、目标轨迹特性及控制算法的设计方法。实验测试结果表明本扫描摆镜伺服系统具有跟踪精度高、频率切换时间短和运行稳定等特点,具有很强的工程实践性。     

长线列红外探测器双模式成像装置中的摆镜控制系统设计

为了实现长线列红外探测器双模式成像装置的两种工作模式,需要在成像装置中增加摆镜控制系统,而高速扫描时的扫描线性度和静止时的位置稳定精度是本系统设计的关键因素。本文着重论述了摆镜控制系统的整体设计和指标要求,基于这些指标,提出了一种高线性和高稳定精度摆镜控制系统的实现方案。并利用Simulink进行了仿真,验证该方案切实可行。     

摆镜工作的像旋问题探讨

摆镜工作的像旋问题探讨孟军和（航天工业总公司８３５８所天津３００１９２）红外光学系统是红外成像制导系统的一个重要组成部分，由于探测器方面的原因，目前多采用光机扫描方式来实现成像的要求。红外光学系统中经常采用摆镜作为其扫描器，而摆镜的摆动多会产生像旋问...     

面阵探测器连续扫描成像光学系统

研制了一套用于面阵探测器360连续扫描成像的红外光学系统。该光学系统包含了一个无光焦度的望远镜、一个方位补偿摆镜及一个二次成像物镜,采用了制冷型面阵红外探测器。引入了方位补偿摆镜,按二倍角关系朝相反方向摆动,解决了面阵探测器连续扫描中的成像拖尾与模糊问题。采用了像方扫描方式,使得摆镜通光尺寸由物方扫描的大约40 mm220 mm缩减至目前14 mm22 mm,摆镜质量减轻了95%以上,摆动频率可达100 Hz,使系统可在1 s内完成对360方位的扫描成像。系统结构简洁紧凑,共由八片透镜以及一片反射镜组成,像质接近衍射限。实验室测试结果表明:方位补偿摆镜固定时,对小圆靶成像有明显拖尾成长条状;而开启摆镜摆扫之后,小圆靶成像清晰无变形,成像效果接近凝视型。     

45°二维扫描镜扫描轴系特性分析

对工作于三轴稳定平台的45°扫描镜绕不同轴系摆动时的摆动范围及扫描轨迹进行了分析比较,给出了扫描镜选用不同轴系时的扫描摆动角度的计算方法,在工程应用中具有重要实用意义。     

自由摆平板控制系统的分析与设计

文章给出了一个基于自由摆的平板控制系统的设计与构建,系统以STC12C5A16S2型单片机为控制核心,经角度传感器MMA7455、直接数字式频率合成器(DDS)、混合式步进电机42BYGH4417及必要的外围驱动电路,实现平板随着摆杆的摆动而旋转,平板上的8枚硬币随摆杆摆动不滑落,平板上的激光笔在15s内照射到指定的中心线位置。     

简易旋转倒立摆及控制装置研究与实现

本系统选用Freescale公司的mc9s12xs128单片机为主控制器,控制采用角度PD(比例/微分)算法,实现摆杆在直立的过程中电机对旋转臂的控制。其主要由倒立摆平台、数据采集、主控板、驱动系统、电源系统五个功能模块组成。技术关键在于摆杆位置测量及电机调整旋转臂的位置。采用陀螺仪-加速度计传感器实现摆杆位置的测量,具有减速齿轮组的减速直流电机实现对旋转臂的控制。为提高系统控制精度及抗干扰性能,数据采集及处理中应用现场零点采集及互补滤波等处理技术。摆杆能够从自然下垂状态完成圆周运动并自主保持倒立,在外力干扰下迅速恢复倒立。性能良好,具备实际应用价值。     

成像激光雷达中的扫描方案

文中对成像激光雷达系统中的几种扫描方式－光栅扫描，声光扫描，电光扫描和光机扫描进行了分析、比较，给出了一种适合于低空飞行前视避障系统的二维摆镜扫描设计方案，具有结构紧凑，体积小等特点，并且可通过计算机来控制摆动的转轴，实现预定的扫描方案，为实现激光雷达系统小型化提供了重要方案。     

二维指向镜系统成像特性研究

为了实现对大视场范围的目标进行搜索捕获或者成像,采用了二维指向镜与面阵探测器相结合的技术方案。对二维指向镜系统电机转角耦合特性和成像规律进行研究。首先,从光学反射矢量理论出发对二维指向镜系统建立数学模型,解耦得到扫描电机转角与视轴指向方位角之间的关系;然后,从数学模型出发可得出电机扫描时目标在像面的扫描轨迹和二维扫描镜系统造成的像旋情况,实验测得扫描轨迹的倾角与计算所得的轨迹倾角误差小于0.1°,像元位置偏差不到0.2个像元;最后,分析了采用二维扫描镜的成像系统消除像旋的算法,为二维指向镜实现精确跟踪和软件校正像旋提供理论依据。     

摆镜式激光通信终端光束指向与粗跟踪特性

基于两正交旋转轴的单平面镜（摆镜式）激光通信终端的粗跟踪问题,提出了一种求解光束指向的法矢量求解算法,给出了该类型通信终端的粗跟踪算法。采用矢量反射定律和矩阵旋转变换规律,理论推导了摆镜的光束指向模型和跟踪模型,对比分析了不同安装方式对光束指向和畸变的影响,并对模型分别进行了建模仿真和实验研究。结果表明:光束传输模型和粗跟踪模型的精度优于3 μrad,所研制的摆镜式激光终端粗跟踪精度,最大误差优于15.5 μrad (3σ),均方根误差优于10.5 μrad,满足激光通信终端对高精度粗跟踪的技术要求。该研究工作对摆镜式扫描系统的光束指向分析和激光终端粗跟踪具有借鉴意义。     

风力摆控制实践平台设计

本文主要讲述利用Coretx-M4单片机控制风力摆运动轨迹的实现方法.系统根据当前加速度、角速度及图像信息,利用闭环控制算法调节电机,实现风力摆直线摆动、圆周摆动及定点静止等功能.系统响应速度快,控制精度高,交互操作界面简单易用,具有良好的交互性.     

三轴稳定静止气象卫星成像仪二维光机扫描成像特性分析

对三轴稳定静止气象卫星成像仪二维驱动下的摆动平面镜、摆动４５°镜两种扫描形式的成像特点进行比较分析,给出了不同扫描模式下的光轴扫描轨迹和像旋转计算公式,以及机械扫描与光学扫描角度关系     

大气成分临边探测光谱仪摆镜控制系统设计

星载大气成分临边探测光谱仪在采集高度方向上光信息时需要借助反射镜的反射, 为满足光谱仪扫描需求, 设计了一款扫描摆镜驱动控制系统, 并在地面模拟验证了扫描方向上的光谱数据采集。设计的驱动控制系统基于 STM32 微控制器, 采用 DRV8833C 电机驱动电路和闭环数字 PID 调节器, 利用有限转角直流无刷力矩电机作为光谱 仪摆镜控制系统的执行机构, 并使用 18 位单圈绝对值光电编码器作为位置传感器。进而搭建了摆镜控制系统和试验 平台, 利用光电自准直仪对摆镜系统性能进行试验验证, 测试了系统的指向精度。结果显示平均指向精度小于 12.15′′ , 最大偏差小于 19.6′′ , 最小偏差小于 7.46′′ , 满足工程预研阶段的主要指标要求。     

小角度摆动扫描控制系统的分析与实现

激光测距仪对摆动扫描控制系统提出了特殊的要求(摆动幅度为±0.125°,摆动频率为2～8 Hz)。在对系统进行建模与仿真分析的基础上,针对其中存在光栅码盘位置检测精度低、电机驱动电流小、易受外界干扰等问题,提出了一种新的工程实现方法。首先采用有限转角无刷直流力矩电机作为执行元件和挠性枢轴连接,可以减小力矩波动和机械摩擦;然后通过电学细分的方法提高光栅的分辨率;最后采用电流反馈和速度反馈相结合的PID控制策略提高系统的性能。试验结果表明：此方法可以满足摆动扫描控制系统对低转速、小角度、高精度控制的要求。     

地球同步轨道二维扫描红外成像技术

相对第一代地球同步轨道遥感卫星基于自旋稳定卫星平台的二维成像技术,基于三轴稳定平台成像技术的最大优势在于大幅度提高成像效率、缩短成像周期和多载荷并举。我国基于三轴稳定平台的第二代地球同步轨道气象卫星扫描成像辐射计,采用双扫描镜结合三反射光学系统、辐射制冷器及线列阵探测器,实现了从可见光至甚长波红外波段的成像。面对扫描成像辐射计的恶劣温度环境、极端指向精度、超长运动手寿命等任务要求组合,研制过程中采用了空间光学、精密机械、长寿命运动、电机控制、空间热控、信息处理等综合技术,使仪器实现了恶劣温度环境下的高精度成像。卫星计划于2016年发射,届时将进一步提高我国预报短时天气及突发性灾害的能力。     

旋转倒立摆及控制装置

本系统以TI公司的MSP430F168IPM单片机做为整个系统的控制核心,采用飞思卡尔E6A2-CWZ3C编码器作为主要测量模块来对摆杆的角度和位置进行精确测量;通过PID算法对电机进行有效控制;驱动部分采用大功率H桥电机驱动模块,实现对电机更强的驱动能力;采用4*4矩阵键盘作为模式选择开关,以实现题目中不同部分的要求。12864液晶模块实时显示编码器采集的各项数据,整个系统以5V和12V直流电源供电且运行良好,基本部分和发挥部分全部达标,另外还可完成使摆杆在160°位置自动恢复倒立状态,液晶显示单摆摆动时间和15g重物干扰保持倒立不变状态等额外功能。     

高频摆镜摆角的高精度测量

对应用于线列扫描成像系统的高频高精度摆镜性能测试系统进行了研究,重点解决了摆镜摆角的高精度测量问题,对影响测试精度的关键因素进行了分析,并提出了相应的工程解决方案。     

基于AVR单片机的旋转倒立摆设计

对简易旋转倒立摆的各个模块做了相关介绍,对系统的实现方案和设计步骤进行描述。采用ATmega16单片机作为主控元件,以BTS7960模块作为驱动器,使用直流伺服电机作为驱动电机。采用增量式PID算法控制摆杆达到稳定,对摆杆所处位置的角度进行分段,然后采用分段PID算法进行控制,以使摆杆快速趋于稳定状态,得到良好的控制效果。