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認(rèn)證信息

認(rèn)證類型：個(gè)人認(rèn)證

認(rèn)證主體：方**（實(shí)名認(rèn)證）

IP屬地：河北

IP屬地：河北 上傳時(shí)間：2022-03-07 格式：DOCX 頁數(shù)：3 大小：24.56KB 積分：12 舉報(bào) 版權(quán)申訴

1、滑?？刂茖す馔ㄐ懦绦蛲晟瓶臻g激光通信是以激光束作為信息載體，在空間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通信方式，其通信終端主要由激光通信系統(tǒng)和捕獲、跟蹤、對準(zhǔn)(acqu1s1tiontrackingandpointing,ATP)系統(tǒng)兩大部分組成1-3.在空間激光通信中，不僅要求ATP系統(tǒng)能穩(wěn)定、快速地跟蹤對方終端發(fā)射的目標(biāo)光束，還必須將目標(biāo)光束控制在激光通信鏈路信號傳輸誤碼率要求的范圍內(nèi)，因此要求ATP系統(tǒng)具有快速的跟蹤能力和非常高的控制精度4.而快速跟蹤意味著ATP系統(tǒng)應(yīng)具有快速的響應(yīng)和較寬的控制帶寬；控制精度高意味著ATP系統(tǒng)的跟蹤誤差小，二者之間相互矛盾.為解決這一問題，本文中將滑模控制用于ATP系統(tǒng)

2、復(fù)合控制結(jié)構(gòu)的精跟蹤系統(tǒng)中，既增加了ATP精跟蹤系統(tǒng)的控制帶寬，又提高了系統(tǒng)的控制精度，使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能.1ATP系統(tǒng)跟蹤控制模型空間激光通信ATP系統(tǒng)中的捕獲、跟蹤和對準(zhǔn)功能是以跟蹤控制回路為中心，由粗跟蹤系統(tǒng)和精跟蹤系統(tǒng)完成的.粗、精跟蹤系統(tǒng)主要由光電跟蹤傳感器單元、信號處理控制單元和跟蹤伺服機(jī)構(gòu)組成.在粗精復(fù)合控制系統(tǒng)中，粗跟蹤控制系統(tǒng)的跟蹤誤差大于精跟蹤傳感器探測視場時(shí)，精跟蹤控制系統(tǒng)不起作用；粗跟蹤控制系統(tǒng)的跟蹤誤差小于精跟蹤傳感器探測視場時(shí)，精跟蹤控制系統(tǒng)進(jìn)入跟蹤狀態(tài)，通過精跟蹤傳感器構(gòu)成光閉環(huán)，進(jìn)一步校正粗跟蹤殘余誤差.圖1為雙探測器粗精復(fù)合跟蹤控制模型5.圖中

3、Ects(s)和Efps(s)分別為粗、精跟蹤系統(tǒng)光電跟蹤探測單元傳遞函數(shù)，Dctc(s)和Dfpc(s)分別為粗、精跟蹤控制器傳遞函數(shù)，Gctp(s)和Gfpp(s)分別為粗、精跟蹤系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)和被控對象傳遞函數(shù)；01和00分別是粗精復(fù)合軸跟蹤系統(tǒng)期望的視軸角和實(shí)際輸出角；0c和0f分別是粗、精跟蹤控制回路的輸出角；ec和ef分別為粗、精跟蹤系統(tǒng)的跟蹤誤差.圖1ATP系統(tǒng)粗精復(fù)合跟蹤控制模型Fig.IModelofcoarseandfinetrackingcontro1ofATPsystem由圖1可分別得出粗、精跟蹤控制回路閉環(huán)等效傳遞函數(shù)為Gct(s)=Gcto(s)1+Gcto(s),

4、(1)Gfp(s)=Gfpo(s)1+Gfpo(s).(2)式中：Gcto(s)為粗跟蹤控制回路開環(huán)傳遞函數(shù)，Gcto(s)=Ects(s)Dctc(s)Gctp(s);Gfpo為精跟蹤控制回路開環(huán)傳遞函數(shù)，Gfpo(s)=Efps(s)Dfpc(s)Gfpp(s).復(fù)合跟蹤控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為Gelose(s)=0o(s)0t(s)=Gcto(s)+Gfpo(s)+Gcto(s)Gfpo(s)1+Gcto(s)1+Gfpo(s).(3)由式(3)可得系統(tǒng)等效開環(huán)傳遞函數(shù)為Gopen(s)=Gcto(s)+Gfpo(s)+Gcto(s)Gfpo(s).(4)由式(4)可知，所研究的ATP系

5、統(tǒng)粗、精復(fù)合控制跟蹤精度由精跟蹤系統(tǒng)控制精度決定6,因此，精跟蹤控制回路控制器的設(shè)計(jì)是改善ATP系統(tǒng)跟蹤性能的關(guān)鍵.考慮粗、精跟蹤系統(tǒng)的控制是獨(dú)立的，本文中僅討論精跟蹤系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)對ATP系統(tǒng)跟蹤性能的影響.2精跟蹤控制器設(shè)計(jì)一個(gè)快速高精度跟蹤系統(tǒng)，既需要有高帶寬、高精度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又需要有響應(yīng)快速、定位精度高的位置探測器件7.圖2為設(shè)計(jì)的精跟蹤伺服系統(tǒng)控制回路.它由高精度四象限探測器、信標(biāo)光斑位置解算處理單元、精跟蹤控制器、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(PZT)和快速控制反射鏡組成.小慣量的反射鏡黏合在壓電陶瓷上，可實(shí)現(xiàn)反射鏡傾角的快速高精度調(diào)整.根據(jù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所選的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器及實(shí)測輸出的頻率響應(yīng)數(shù)

6、據(jù)(輸入電壓幅值為10V),經(jīng)曲線擬合得驅(qū)動(dòng)器在方位(俯仰與方位相似)方向上的頻率特性曲線如圖3所示.由此可得壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的快速反射鏡的模型為Gfpp(s)=0f(s)U(s)=KPZTgj2n(ps+1)s2+2+32n.(5)式中：等效阻尼比(=0.7;等效振蕩頻率(on=750Hz;壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器放大倍數(shù)KPZT=10.令Efps(s)=1,采用頻域法設(shè)計(jì)精跟蹤控制器的等效開環(huán)傳遞函數(shù)為滑?？刂铺匦允且环N使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的開關(guān)特性.從理論上分析可知，采用滑?？刂疲ㄟ^調(diào)節(jié)參數(shù)能夠控制系統(tǒng)的增益、積分、微分常數(shù)實(shí)時(shí)地變化.3精跟蹤控制實(shí)驗(yàn)分析ATP系統(tǒng)跟蹤的目的在于穩(wěn)定通信終端系統(tǒng)視軸

7、，使主從激光通信終端之間存在相對運(yùn)動(dòng)時(shí)9,系統(tǒng)視軸在跟蹤過程中的角速度和角加速度對于位置伺服單元將引起動(dòng)態(tài)滯后跟蹤誤差小于期望的數(shù)值.精跟蹤系統(tǒng)能夠完全校正粗跟蹤系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差，因此ATP系統(tǒng)最終跟蹤精度取決于精跟蹤系統(tǒng)對粗跟蹤系統(tǒng)產(chǎn)生的隨機(jī)誤差的校正能力.精跟蹤系統(tǒng)控制帶寬越寬，抑制粗跟蹤系統(tǒng)產(chǎn)生隨機(jī)誤差的能力就越強(qiáng).為研究滑?？刂茖TP系統(tǒng)跟蹤性能的影響，圖4給出了用頻域法和滑?？刂品椒ㄔO(shè)計(jì)的精跟蹤控制誤差抑制函數(shù)頻率響應(yīng)曲線.從圖4可看出，用頻域法控制時(shí)，誤差頻率響應(yīng)曲線相對較陡，當(dāng)其頻率大于290Hz時(shí)，系統(tǒng)對誤差沒有校正能力，且0dB以上曲線凸起部分對系統(tǒng)隨機(jī)誤差起放大作用，放大倍

8、數(shù)可達(dá)到1.5倍.而用滑?？刂?，在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)，系統(tǒng)對誤差都有校正能力，可見，滑模控制增加了系統(tǒng)中頻段的控制帶寬.從圖4中還可看出，當(dāng)粗跟蹤系統(tǒng)隨機(jī)誤差頻率為3.7Hz,頻域法和滑?？刂凭哂邢嗤囊种票?，為-43dB.如果粗跟蹤系統(tǒng)隨機(jī)誤差最大幅值為150仃ad,為使跟蹤系統(tǒng)的跟蹤誤差小于2仃ad,誤差抑制比應(yīng)小于37dB,此時(shí)若采用頻域法，粗跟蹤系統(tǒng)隨機(jī)誤差頻率小于5.5Hz,而用滑?？刂?，粗跟蹤系統(tǒng)隨機(jī)誤差頻率小于8Hz.這說明滑?？刂茖φ`差的校正能力在中頻段優(yōu)于頻域法設(shè)計(jì)的結(jié)果.圖5給出了頻率為8Hz時(shí)，模擬相對運(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)滯后跟蹤誤差仿真結(jié)果，此時(shí)頻域法和滑模控制的調(diào)節(jié)時(shí)間相同.滑?？刂剖歉鶕?jù)誤差和誤差變化率的大小來改變精跟蹤控制器輸出的，從而達(dá)到改善精