高精度激光跟蹤裝置閉環(huán)控制電路設(shè)計.pdf

1、激光跟蹤探測是集光學(xué)、激光、精密機械、運動控制及集成電子等多種技術(shù)為一體的綜合性技術(shù)，因其具有測量范圍廣、精度高、速度快、非接觸等優(yōu)點已被廣泛應(yīng)用于大尺度工業(yè)測量及航空航天等領(lǐng)域。而高精度二維閉環(huán)伺服控制作為激光跟蹤探測中的關(guān)鍵技術(shù)，其跟蹤性能、閉環(huán)控制精度、穩(wěn)定性及響應(yīng)速度等性能指標直接影響著整個系統(tǒng)的探測精度。因此對此項關(guān)鍵共性技術(shù)的研究對激光跟蹤探測系統(tǒng)有著非常重要的意義。本課題針對以圓感應(yīng)同步器、直流力矩電機及二維旋轉(zhuǎn)支架構(gòu)成的

2、閉環(huán)伺服控制機構(gòu)的高精度閉環(huán)伺服控制進行了研究，具體的研究內(nèi)容如下。
　　首先，根據(jù)對圓感應(yīng)同步器原理及主要誤差因素的分析，設(shè)計了高精度的感應(yīng)同步器測角電路，電路中通過合理設(shè)計激磁信號源、電路濾波及電磁屏蔽，使得細分電路不僅具有很高的細分精度，同時穩(wěn)定性好、抗干擾能力強。
　　其次，針對閉環(huán)控制電路響應(yīng)速度快、精度高、能夠精確獲取跟蹤偏差信號的要求，設(shè)計了基于DSP與FPGA的高精度位置伺服系統(tǒng)硬件電路，該電路具有控制靈活、

3、性能可靠、響應(yīng)快的特點。
　　然后，在上述硬件平臺的基礎(chǔ)上，對閉環(huán)伺服系統(tǒng)的軟件進行了設(shè)計及調(diào)試，討論了PID控制算法的基本原理，推導(dǎo)了直流電機的數(shù)學(xué)模型，并對調(diào)節(jié)器函數(shù)進行了雙線性變換，得到控制的傳遞函數(shù)。
　　最后對圓感應(yīng)同步器測角電路的性能及整個閉環(huán)伺服系統(tǒng)的響應(yīng)特性及位置閉環(huán)精度進行了實驗測試。實驗結(jié)果表明：控制系統(tǒng)中兩軸的角分辨率分別達到了1.76角秒和0.88角秒，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)波動量僅為±1個脈沖，定位精度優(yōu)于±5.