为了精确控制光束的传输方向,设计了一种以直线式音圈电机为驱动器的球面副支撑式快速控制反射镜（FSM）。在明确所需FSM系统功能和设计要求的基础上,分别对其机械结构、平面反射镜、驱动元件以及角度测量元件进行了设计和选择。完成精密加工、装配、调试后,对FSM系统进行了实验测试分析。结果表明,该球面副刚性支撑式FSM系统结构简单,承载能力强,谐振频率约为120Hz,反射镜稳定精度优于2″,且对振动、冲击、回转等动态工作环境具有较强的适应性,满足系统使用要求。

快速控制反射镜(FSM)是采用反射面在光源和接收器之间控制光束的一种装置.在目标探测和跟踪应用中要求迅速扫描和转动光束以保持视线(LOS)稳定,这些任务要求装置具有精密扫描和高水平干扰抑制能力.贝尔通信系统分部(BCSD)已研制,实验和交付了用于机载战术场合的无反作用快速控制反射镜,此装置在8°范围内以15Hz的三角形扫描轨迹控制、扫描和稳定两英寸光束;反射镜绝对位置为±40μrad,扫描时对90%三角波的绝对位置在34μrad之间.

分析一种音圈电机驱动的快速控制反射镜(FSM)的机械结构,由此建立其数学模型.依据模型,以不完全微分PID控制算法来消除结构谐振的不稳定影响,采用线性功率放大驱动方式,可使控制带宽超过其结构谐振频率,实现高带宽控制.实验表明,该方法应用于结构谐振频率分别为90Hz和20Hz的两种快速控制反射镜,系统的抑制带宽能分别达到315Hz和240Hz, 而且该方法简单可行,通用性强.