有轴系子系统结构与控制

　　快速控制反射镜系统由主轴与有轴系子系统构成,有轴系子系统结构有谐振频率高、响应速度快、动态滞后误差小等优点,弥补了主轴系统的不足,而其工作范围小的缺点由主轴系统予以补偿,两者作用合成,便可实现大范围的快速高精度跟踪。作为一灵敏的装置在天文望远镜、激光通讯、图像稳定光学系统、自适应光学系统、跟踪瞄准光学系统等应用中非常有意义

　　1　子系统功能要求

　　有轴系快速控制反射镜采用复合轴伺服系统来实现快速精密跟踪。其中母系统用以捕获目标,并把目标引导到子系统视场内,子系统捕获目标后即实施精密跟踪。子系统的工作方式有电视自动跟踪、激光自动跟踪。此外还有数字控制系统进行光轴对准。

　　子系统探测器的采样频率对伺服系统的角分辨率有很大的影响,如果采样频率过低,将影响伺服系统的跟踪精度。解决这一问题的根本途径是降低母系统的随机误差,而这只有将大视场电视及红外热成像系统的分辨率提高到小于20″才可行。

　　子伺服系统主要有两种工作方式:一种是CCD零位锁定,保证子反射镜在未参与复合轴伺服跟踪之前始终处于准确的零位锁定,使子反射镜的反射光线与主光轴重合,另一种是由窄视场电视探测器与子系统构成参与复合轴精跟踪的伺服控制方式。

　　子系统伺服控制结构简化方框图如图1所示。

　　现在采用的复合轴伺服系统方案是双探测器方案,即母系统和子系统用各自的探测器独立工作。其中母系统用来捕获目标,并实施粗跟踪,把目标引导到子系统视场之内,由子系统进行精跟踪,进一步消除母系统的跟踪误差,其中母系统的跟踪误差很容易消除,而其随机误差则较难完全消除。在结构和伺服控制器上,复合轴伺服系统中的母系统和子系统均是独立的,但在跟踪效果上,却是两个系统相叠加,实际上子系统的跟踪精度即复合轴伺服系统的最终精度。

　　2　子系统调速回路

　　跟瞄系统的调速回路是伺服控制的重要组成部分,其主要功能是:

　　1·克服负载摩擦力矩,保证仪器有较好的刚度。

　　2·确保系统所需要的调速范围。

　　3·保证该回路的频带宽度。

　　子系统实验模型为框架结构,方位和俯仰的执行元件均采用SYL-20直流力矩电机,用CYD-11直流永磁测速机作速度反馈,如图2所示。

　　调速回路采用脉冲调宽控制方案。

　　方位调速系统的开环期望幅频特性为:

　　俯仰为:

　　闭合后,调速回路是稳定的。

　　子系统是一个快速高精度伺服系统,要求探测器具有较高的采样频率、位置和速度回路要有较宽的伺服带宽。位置闭环带宽、速度回路闭环带宽及探测器采样频率的关系可以参考表1。