快速反射镜双X-Y轴控制的仿真研究

　　1　引　言

　　在大型光电测量设备、天文观测设备以及激光通讯系统中,精密捕获、跟踪、瞄准(ATP)系统担负着相当重要的角色,它不仅要求将运动目标稳定跟踪在规定视场内,而且要求将光束保持在选定的瞄准点上,在这样高的角跟踪精度、迅速捕获和跟踪要求下,引入了复合轴系统。但是,为了适应高速目标及其机动变化,系统的跟踪精度、角速度和角加速度需要进一步提高,因此必须采用闭环带宽大的快速控制反射镜(FSM)控制系统,然而噪声却也伴随着带宽的增加迅速增大。所以噪声的抑制是首要的,也是关键的。本文研究一种双X2Y轴FSM复合轴控制系统。该系统是在方位俯仰控制轴的基础上增加了与原控制轴成90°的2个虚轴,可以对精跟踪的残差进行校正,实现对误差变化量的控制,从而抑制高频噪声,提高控制精度。

　　2　复合轴伺服控制中的FSM

　　复合轴结构是在大惯量跟踪架的主光路中装高低方位均可微动的高谐振频率FSM,构成主、子(习惯上也称粗、精)跟踪方式。主系统工作范围大、带宽窄、精度较低,对运动目标进行捕获与粗跟踪,而子系统工作范围小,但频带宽、响应快、精度高,可对主轴的跟踪残差进行精跟踪,即对仪器视轴进行调整,实现快速跟踪。复合轴机构可分为双检测型和单检测型,双检测型采用2个探测器,即粗、精探测器,分别构成各自的控制回路;单检测型只有1个探测器,通过解耦来分别控制2个轴。双探测型复合轴控制系统框图见图1。

　　在数字引导时,主系统的输入与输出之差若小于某一数值,目标进入电视视场,则切换到电视跟踪;电视跟踪时,主系统通过粗探测器达到光闭合,输出的脱靶量若小于某一数值,则切换到子系统,即通过精探测器达到光闭合。在主回路未进入稳定跟踪期间,子系统不工作,因此复合轴稳定的先决条件是主回路稳定。子系统的稳定与否不影响粗跟踪的稳定,但影响总系统的稳态误差。

　　复合轴是二维关联控制系统的一种形式,系统通过完全去耦,从二维关联复合轴控制系统中得到等效电视跟踪的复合轴伺服系统见图2。主、子系统要有一定的带宽比,带宽比越大,误差抑制能力越高,系统稳定性越好,反之,系统稳定性越差。而且通过分析可以得出:在低频段,复合轴系统近似为主、子系统的串联,传递函数为相乘的关系,放大系统远大于单主轴系统,具有很高的静态误差抑制能力;在中频及高频段,复合轴系统近似等于子系统,具有较高的带宽和动态误差抑制能力。因此可实现大范围快速高精度跟踪[1]。

　　3　FSM的双X2Y轴控制

　　3.1　双X2Y轴工作原理