CN101738949A - 一种膜基反射镜面形控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膜基反射镜面形控制系统及其控制方法。该系统包括：标准面形设计模块、仿真分析模块、面形监视模块、模糊逻辑控制模块、面形控制促动器和面形反馈模块；它以设计所需的膜基反射镜的口径和F数为参数，采用Zernike多项式系数的形式，确定标准反射镜面形数据；探测膜基反射镜的实时面形，以膜基反射镜与标准反射镜的中心截面矢高误差为控制变量，经模糊逻辑控制器处理，输出膜基反射镜成形所需的电压值，采用静电法改变膜基反射镜的面形。本发明采用基于有限元分析方法的面形控制的仿真分析，预测控制的效果，优化模糊控制规则库，降低了控制器设计难度。该方法的提出为实现膜基反射镜面形的有效控制提供了技术基础。

Description

一种膜基反射镜面形控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种膜基反射镜(membrane mirror)面形控制系统及其控制方法，用于实现膜基反射镜面形的实时控制与修正。

背景技术

随着对空间光学系统的分辨率、覆盖范围等指标要求的不断提高，迫切需要研制超大口径(口径10米，甚至达到100米)、超轻型的空间望远镜主镜。若采用传统光学制造技术，随着主镜口径的增大，其加工难度和成本均将急剧增大，且其体积和质量将受火箭运载能力的限制，因此，人们已经开始寻求其他方法来代替传统技术。超薄拼接技术、稀疏孔径技术和膜基反射镜技术便是基于上述背景提出的。其中利用柔性薄膜制作的膜基反射镜，具有面密度低、可折叠和展开、制造成本低等特点，是未来超大口径、超轻型空间望远镜主镜的主要发展方向之一。而膜基反射镜的成形方法和面形控制则是研制膜基反射镜的关键技术之一。

现有控制膜基反射镜的成形方法主要有充气法、吊线成形法、预成形法以及静电法。静电法是指在膜基反射镜上施加静电载荷，通过改变外加静电场的大小而使膜基反射镜面形发生改变的方法。文献“Stretched Membrane withElectrostatic Curvature(SMEC)Mirrors：A new technology for largelightweight space telescopes”[Proc.of SPIE 4849，356-364(2002)]公开了一种通过静电成形法的膜基反射镜技术，它具有结构简单、易于实现面形的控制等特点，是目前最具应用前景的膜基反射镜成形方法之一。

现有膜基反射镜技术主要致力于膜基反射镜成形方法的研究，而对膜基反射镜面形控制方法的研究尚欠缺。文献“Push-pull membrane mirrors foradaptive optics”，[Opt.Express 14，11935-11944(2006)]和“Membranedeformable mirror for adaptive optics：performance limits in visual optics，”[Opt.Express 11，1056-1069(2003)]公开了自适应光学领域中变形镜的面形控制方法，借鉴该方法通过建立影响函数和面形精确控制数学模型，可望用于膜基反射镜面形的控制。但该方法在实际用于膜基反射镜面形控制的过程中，有以下两个严重缺陷：一是面形影响函数的建立过程非常复杂与困难，很难得到精确的面形影响函数；二是膜基反射镜是一个不确定的、非线性复杂系统，得到其精确的数学控制模型亦非常困难。基于上述两点原因，借鉴自适应光学中的变形镜技术难以达到膜基反射镜面形控制的设计要求和预期效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种控制结构简单、方便、快捷，且能准确控制膜基反射镜面形控制系统与控制方法。

本发明所采用的技术方案是：提供一种膜基反射镜面形控制系统，它包括：标准面形设计模块、仿真分析模块、面形监视模块、模糊逻辑控制模块、面形控制促动器和面形反馈模块；

所述的标准面形设计模块用于设计和存储标准反射镜面形数据；

所述的仿真分析模块包括有限元分析器和数据输入/输出接口单元，它与标准面形设计模块、模糊逻辑控制模块和面形监视模块相连接，用于膜基反射镜面形控制的仿真分析；

所述的面形监视模块用于跟踪监视膜基反射镜面形的实时控制，提供标准面形与实测面形的信息；

所述的模糊逻辑控制模块包括模糊逻辑控制器、模糊逻辑控制器知识库、模糊规则编辑器和数据输入/输出接口单元，它与标准面形设计模块、仿真分析模块、面形控制促动器和面形反馈模块相连接，用于将标准面形设计模块中设计的标准面形和面形反馈模块的实测面形数据进行比较，结果输入模糊逻辑控制器，经数据处理后，输出膜基反射镜成形所需的电压信号，驱动面形控制促动器；

所述的面形控制促动器包括由计算机控制的高压静电发生装置和环状电极板，电极板位于膜基反射镜的镜面之后，高压静电发生装置产生的静电高压输出至电极板，镀有金属反射层的膜基反射镜接地；

所述的面形反馈模块包括波前传感器及其数据处理单元，用于探测膜基反射镜的实时面形。

所述的面形监视模块包括：中心截面比较显示单元、三维面形显示单元及干涉图样和波面显示单元，用于中心截面曲线及其误差曲线、实时三维面形、波前干涉图、波前误差三维图、PV值以及RMS值的信息显示。

所述的模糊逻辑控制模块，由减法器与标准面形设计模块和面形反馈模块相连接；微分器与减法器相连接；第一信号调节器与减法器和微分器相连接；模糊逻辑控制器与第一信号调节器相连接；模糊逻辑控制器知识库与模糊规则编辑器相连接；第二信号调节器与模糊逻辑控制器相连接；模糊规则编辑器与仿真分析模块相连接。

一种膜基反射镜面形控制方法，包括如下步骤：

(1)在标准面形设计模块中，以所需的膜基反射镜的口径和F数为参数，采用Zernike多项式进行数据拟合，确定标准反射镜的面形数据并存储；

(2)将步骤(1)中得到的标准反射镜的面形数据转换为中心截面矢高与待控制的膜基反射镜的中心截面矢高，由仿真分析模块进行比较，将其差值输入到模糊逻辑控制器进行膜基反射镜面形控制的仿真处理；根据仿真结果建立模糊逻辑控制规则库；由模糊逻辑控制器输出膜基反射镜静电成形所需的电压信号，驱动面形控制促动器；

(3)由面形反馈模块探测膜基反射镜的实时面形，将测得的实时面形数据与标准反射镜面形数据转换为中心截面矢高进行比较，以其差值为控制变量，经模糊逻辑控制器进行处理，输出膜基反射镜静电成形所需的电压信号，驱动面形控制促动器；

(4)重复步骤(3)，直至得到所需的膜基反射镜面形。

步骤(2)中所述的仿真处理，仿真分析模块采用有限元分析方法。

步骤(2)中所述的仿真处理，待控制膜基反射镜的初始中心截面矢高为零；模糊逻辑控制器的输出信号作为有限元分析的外载荷条件；仿真分析模块的输出结果输入到模糊逻辑控制器进行处理，完成第一次仿真过程；重复上述仿真过程，使仿真得到的面形接近标准反射镜面形，再经模糊规则编辑器对模糊逻辑控制器知识库进行调整和优化，得到仿真结果。

本发明所述面形控制系统的控制对象膜基反射镜，是用柔性薄膜材料为基胚制成的。

所述的膜基反射镜中心截面矢高，是指与反射镜中心截面所对应的曲线上任意一点至这条曲线的两个端点所在直线间的垂直距离。由于标准的球面或抛物面反射镜具有旋转对称性，因此，在任意径向中心截面所对应的曲线上，具有相同径向值的点均具有相同的矢高值。

与现有技术相比，本发明所述的技术方案具有以下明显的进步和优点：

1.本发明采用了智能控制技术，与现有技术自适应光学中的变形镜面形控制技术相比，不需要建立膜基反射镜面形控制的精确数学模型，因此，无需进行过程复杂且困难的面形影响函数的建立，使得控制系统的建立更为方便、快捷。

2.本发明将膜基反射镜面形控制仿真分析集成到面形控制系统中，在对膜基反射镜面形控制之前，可先进行膜基反射镜面形控制的仿真，根据仿真的结果再调整优化模糊逻辑控制器的隶属函数、模糊规则，使控制算法的设计更简单、直观和高效。利用仿真修正后的模糊控制器去控制面形时，可以使得控制器的控制精度达到最理想状态，待控制的膜基反射镜面形与标准面形之间的误差达到最小。

3.将待控制膜基反射镜与标准曲面反射镜的中心截面矢高误差作为控制变量，简化了控制器的结构，降低了设计难度。

4.本发明以Zernike多项式作为膜基反射镜的面形分析工具，对面形与波前数据进行处理。利用Zernike多项式与Seidel像差的关系，可以在控制过程中实时直观地得到膜基反射镜面形的波前信息。此外，与直接利用面形或波面的离散数据相比，采用Zernike多项式处理数据，大大减少了数据量，提高了数据存储和运算效率。

附图说明

附图1是本发明膜基反射镜面形控制系统的结构示意图；

附图2是本发明膜基反射镜面形控制系统中的模糊逻辑控制模块的结构示意图；

附图3是本发明膜基反射镜面形控制系统中面形控制促动器的结构示意图；

附图4是本发明一个实施例的面形控制促动器的电极板结构图，其中环块状部分为导电部分；

附图5是本发明膜基反射镜面形控制系统中膜基反射镜的结构示意图；

附图6是本发明膜基反射镜面形控制系统中面形监视模块的组成结构示意图；

附图7是本发明一个实施例中面形监视模块的中心截面比较显示单元的输出结果，其中，a1为标准反射镜中心截面曲线，b1为膜基反射镜实测面形的中心截面曲线，c1为误差曲线；S1表示标准反射镜中心处的矢高，S2表示标准反射镜在径向50mm处的矢高，S3表示是标准反射镜在径向100mm处的矢高；

附图8是本发明一个实施例中面形监视模块的三维面形显示单元的输出结果，其中XOY为径向平面，其坐标进行了归一化处理，Z为矢高方向的位移；

附图9是本发明一个实施例中面形监视模块的干涉图样和波面显示单元的输出的波面误差三维图，λ为参考波长，λ＝632.8nm；

附图10是本发明一个实施例中对膜基反射镜面形引入外部扰动时面形监视模块的中心截面比较显示单元的输出结果，其中，a2为标准反射镜中心截面曲线，b2为膜基反射镜实测面形的中心截面曲线，c2为误差曲线；

附图11是本发明一个实施例中对膜基反射镜面形的外部扰动进行修正后面形监视模块的中心截面比较显示单元的输出结果，其中，a3为标准反射镜中心截面曲线，b3为膜基反射镜实测面形的中心截面曲线，c3为误差曲线；

图中：1、标准面形设计模块；2、仿真分析模块；3、面形监视模块；31、中心截面比较显示单元；32、三维面形显示单元；33、干涉图样和波面显示单元；4、模糊逻辑控制模块；41、减法器；42、微分器；43、第一信号调节器；44、模糊逻辑控制器；45、模糊逻辑控制器知识库；46、第二信号调节器；47、模糊规则编辑器；5、面形控制促动器；51、电极板；6、膜基反射镜；61、膜基反射镜固定装置；62、膜基反射镜镜面薄膜材料；7、面形反馈模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明一种膜基反射镜面形控制系统和控制方法作进一步描述：

参见附图1，它是本发明膜基反射镜面形控制系统的结构示意图，包括标准面形设计模块1，仿真分析模块2，面形监视模块3，模糊逻辑控制模块4，面形控制促动器5，膜基反射镜6，面形反馈模块7。

各模块间的逻辑结构如下：仿真分析模块2与标准面形设计模块1、面形监视模块3和模糊逻辑控制模块4相连接，以标准面形设计模块1和模糊逻辑控制模块4为输入，其输出一路至面形监视模块3，用于显示仿真结果；一路再返回至模糊逻辑控制模块4的模糊规则编辑器47，用于调整模糊逻辑控制器的隶属函数和模糊规则库；模糊逻辑控制模块4与标准面形设计模块1、仿真分析模块2、面形控制促动器5和面形反馈模块7相连接，可接收来自标准面形设计模块1、仿真分析模块2、面形反馈模块7的输出，同时为仿真分析模块2和面形控制促动器5提供输入信号；面形控制促动器5接受来自模糊逻辑控制模块4的输出，并以此为驱动信号控制膜基反射镜6的面形；面形反馈模块7探测膜基反射镜6的面形信息，并将结果输出给模糊逻辑控制模块4和面形监视模块3。

各模块的功能如下：

标准面形设计模块1，用于设计一定口径与F数的标准反射镜面，并采用Zernike多项式进行数据拟合，将面形数据以Zernike系数的形式存储；

仿真分析模块2，用于膜基反射镜面形控制的仿真分析；

面形监视模块3，用于跟踪监视膜基反射镜面形的实时控制，提供标准面形与实测面形的中心截面曲线及其误差曲线、实时三维面形、波前干涉图、波前误差三维图、PV值以及RMS值等信息；

模糊逻辑控制模块4，用于以标准反射镜面形为比较基准进行推理计算产生膜基反射镜静电成形所需的电压值；

面形控制促动器5，用于接收模糊逻辑控制模块的驱动信号产生相应的高压静电，再经由电极板和膜基反射镜发生作用达到控制膜基反射镜面形的目的；

面形反馈模块7，用于探测膜基反射镜的实时面形。

附图2所示为本发明膜基反射镜面形控制系统中的模糊逻辑控制模块的结构示意图，模糊逻辑控制模块4包括：减法器41，与标准面形设计模块1和面形反馈模块7相连接；微分器42，与减法器41相连接；第一信号调节器43，与减法器41和微分器42相连接；模糊逻辑控制器44，与第一信号调节器43相连接；模糊逻辑控制器知识库45，与模糊规则编辑器47相连接；第二信号调节器46与模糊逻辑控制器44相连接；模糊规则编辑器47与仿真分析模块2相连接。

模糊逻辑控制模块4的工作原理如下：

(1)仿真分析模块2读入标准面形设计模块1中设计的标准反射镜面形，调用模糊逻辑控制模块进行面形控制仿真。在仿真过程中，仿真分析模块2中的有限元分析器代替面形控制促动器5、膜基反射镜6以及面形反馈模块7的功能，所述的有限元分析器可以是由一种有限元分析软件与膜基反射镜的有限元分析模型脚本构成。

(2)经过有限元方法仿真分析的结果输出至模糊规则编辑器47，对模糊逻辑控制器44的知识库45进行调整和优化。

(3)由减法器41读取标准面形设计模块1中设计的标准反射镜面形数据，同时接收面形反馈模块7探测的膜基反射镜面形数据，标准面形设计模块1和面形反馈模块7的输出数据均为Zernike系数的形式，减法器41将两者数据转换为膜基反射镜中心截面矢高数据，再进行减法处理，得到实测面形与标准面形的中心截面矢高偏差。

由Zernike系数表征的面形可按如下方法得到面形的中心截面数据：直角坐标系下的Zernike多项式是关于x，y的二元函数，可令多项式中y＝0，x按反射镜的径向取值，例如若反射镜的口径为300mm，则x可在[-150，150]区间内均匀取值，计算出多项式的值，然后再将其乘以相应的Zernike系数，最后再将与每个x对应的各项累加起来即可得到由Zernike系数表征面形的中心截面数据。

实施过程中，可以有选择地选取一定径向位置的矢高作为面形的控制变量进行处理，如附图7中所示的S1、S2、S3，是本发明口径300mm的膜基反射镜实施例中选取的作为控制变量的矢高的位置。当选用多个控制变量时，可以选择多个模糊控制器44进行组合。

(4)减法器41的输出一路至第一信号调节器43；另一路至微分器42进行处理得到矢高偏差的变化率，再由微分器将矢高偏差的变化率送入第一信号调节器43处理。第一信号调节器43对输入的矢高偏差及其变化率进行量化处理再传输至模糊逻辑控制器。第一信号处理器43中的k_e和k_ec分别为相应的量化因子，它们对输入的信号具有比例缩放作用，使各模块之间的输出和输入数据匹配，是模糊逻辑控制模块的输入接口单元。

(5)模糊逻辑控制器44按照模糊逻辑控制器知识库45对输入信号进行推理计算，得到输出数据传送至第二信号调节器46，第二信号调节器46中的k_u为比例因子，对模糊逻辑控制器的输出信号有比例缩放作用，完成数据匹配功能，第二信号调节器46是模糊逻辑控制模块的输出接口单元，输出的信号是膜基反射镜静电成形所需的电压值。面形控制促动器5受来自模糊逻辑控制模块4输出信号的驱动，产生高压静电从而控制膜基反射镜6的面形。面形反馈模块7探测膜基反射镜6的面形再传输至模糊逻辑控制模块4处理，进一步调整膜基反射镜的面形。

上述步骤(2)中的模糊逻辑控制器知识库45包括隶属函数库和控制规则库。知识库的调整可按下述方法得到进一步实施：

一般隶属函数类型的选取没有统一的标准，常用的隶属函数类型有梯型、三角型、高斯型、Z型、S型、钟形等。用Sag表示待控制反射镜与标准反射镜中心截面矢高的偏差，用Rate表示矢高偏差的变化率，Voltage表示膜基反射镜成形所需的电压值，其中Sag、Rate是模糊逻辑控制器的输入变量，Voltage是输出变量。

用三个模糊子集涵盖矢高偏差Sag：正(Positive)、零(Zero)、负(Negative)；

用三个模糊子集涵盖矢高偏差变化率Rate：正(Positive)、零(Zero)、负(Negative)；

用五个模糊子集涵盖成形所需电压Voltage：加速升高(UpFast)、缓慢升高(UpSlow)、不变(Unchanged)、缓慢降低(DownSlow)、加速降低(DownFast)。

若Sag的论域为[-1，1]，采用三角型的隶属函数，则涵盖Sag的隶属函数可以是：

Positive(Sag)＝-Sag  -1≤Sag≤0

$\mathrm{Zero}\left(\mathrm{Sag}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Sag}-1& -1\≤\mathrm{Sag}\≤0\\ 1-\mathrm{Sag}& 0\≤\mathrm{Sag}\≤1\end{array}\right.$

Negative(Sag)＝Sag  0≤Sag≤1

模糊控制规则具有“如果<条件>则<动作>”的形式，根据经验可总结上述模糊子集下部分模糊规则如下：

“如果矢高误差为正则加速升高电压”(if Sag is Positive then Voltage isUpFast)；

“如果矢高误差为负则加速降低电压”(if Sag is Negative then Voltage isDownFast)；

“如果矢高误差为零且矢高误差变化率为正则缓慢升高电压”(if Sag isZero and Rate is Positive then Voltage is UpSlow)。

模糊规则编辑器47的作用就是确定模糊逻辑控制器44输入输出变量的论域、模糊子集的个数、隶属函数的类型与分布以及模糊规则。根据经验与仿真的结果即可完成上述工作。

附图3所示为本发明膜基反射镜面形控制系统中面形控制促动器的结构示意图，它接收来自模糊逻辑控制模块的输出信号，经D/A转换器的作用将信号转换为模拟量再传输至高压发生器，高压发生器根据输入的模拟信号产生相应的静电高压输出至电极板，电极板的结构可以是如图4所示的环形块状对称结构，其中环块状为导电部分，由电极板和膜基反射镜之间产生的静电场控制膜基反射镜的面形。

附图5所示为本发明膜基反射镜面形控制系统中膜基反射镜的结构示意图，它包括膜基反射镜的固定装置61，以及用来做膜基反射镜镜面的薄膜材料62。面形控制促动器5的电极板51放置于薄膜材料62之后，当面形控制促动器5有控制信号时，电极板51和薄膜材料62之间将形成一定的电场分布，产生静电力使薄膜材料62发生形变从而达到控制膜基反射镜面形的目的。

下面以口径300mm、F/2.7的膜基反射镜为实施例，对本发明的一种膜基反射镜面形控制方法作进一步说明，包括以下步骤：

(1)在标准面形设计模块1中设计所需口径和F数的标准反射镜面形，面形数据以Zernike系数的形式进行存储。采用Zernike系数表征面形可以减少数据量，提高存储效率，此外Zernike多项式容易与Seidel像差联系，在进行数据处理时方便地地得到膜基反射镜面形的波前信息；

(2)仿真分析模块2将步骤(1)中得到的标准反射镜的中心截面矢高与待控制膜基反射镜的中心截面矢高进行比较，待控制膜基反射镜的初始中心截面矢高为零。将比较得到的差值数据送入模糊逻辑控制器44进行处理，输出膜基反射镜静电成形所需的电压值。仿真分析模块2采用有限元分析方法模拟膜基反射镜的成形，模糊逻辑控制器44的输出信号作为有限元分析的外载荷条件。仿真分析模块2分析得到的面形再与标准反射镜面形进行比较交由模糊逻辑控制器44处理，完成一次仿真过程。重复仿真过程，根据仿真过程中膜基反射镜的成形情况在模糊规则编辑器47中对模糊逻辑控制器知识库45进行调整和优化，使仿真得到的面形最接近标准反射镜面形为止，此时模糊逻辑控制器44的控制精度亦达到最佳。

(3)面形反馈模块7探测膜基反射镜6的实时面形，模糊逻辑控制模块4将测得的实时面形数据与标准反射镜面形数据转换为反射镜的中心截面矢高进行比较，以膜基反射镜与标准反射镜的中心截面矢高误差为控制变量进行分析处理，输出膜基反射镜成形所需的电压值，以此为控制信号驱动面形控制促动器5，面形控制促动器5产生相应的电压，与膜基反射镜6之间产生一定的静电场，从而使膜基反射镜6产生相应的面形。

(4)重复步骤(3)，直至得到所需的膜基反射镜面形。

为了验证本发明一种膜基反射镜面形控制系统的使用效果，使用本发明提供的系统与方法对口径300mm，F/2.7的膜基反射镜进行面形控制和扰动响应实验。图7是使用本发明的面形控制方法对膜基反射镜进行面形控制时面形监视模块3的中心截面比较显示单元31的输出结果，其中a1为标准反射镜中心截面曲线、b1为膜基反射镜实测面形的中心截面曲线、c1为标准面形和实测面形之间的中心截面误差曲线；图8是面形见识模块的三维面形显示单元输出的膜基反射镜的三维面形；图9是面形监视模块的干涉图样和波面显示单元输出的波面误差三维图，λ为参考波长，这里，λ为632.8nm。从以上各图看出，使用本发明所提供的方法可以对膜基反射镜的面形进行有效的控制，并可以直观地得到表征膜基反射镜面形的各种信息。

图10是膜基反射镜成形后引入外部随机扰动后中心截面比较显示单元31的输出结果，图11是经修正后的中心截面比较显示单元31的输出结果。通过比较两图可以看出，本发明所提供的一种膜基反射镜的面形控制方法对面形的扰动修正亦具有良好的响应。

Claims (6)

1.一种膜基反射镜面形控制系统，其特征在于它包括：标准面形设计模块(1)、仿真分析模块(2)、面形监视模块(3)、模糊逻辑控制模块(4)、面形控制促动器(5)和面形反馈模块(7)；

所述的标准面形设计模块(1)用于设计和存储标准反射镜面形数据；

所述的仿真分析模块(2)包括有限元分析器和数据输入/输出接口单元，它与标准面形设计模块(1)、模糊逻辑控制模块(4)和面形监视模块(3)相连接，用于膜基反射镜面形控制的仿真分析；

所述的面形监视模块(3)用于跟踪监视膜基反射镜面形的实时控制，提供标准面形与实测面形的信息；

所述的模糊逻辑控制模块(4)包括模糊逻辑控制器(44)、模糊逻辑控制器知识库(45)、模糊规则编辑器(47)和数据输入/输出接口单元，它与标准面形设计模块(1)、仿真分析模块(2)、面形控制促动器(5)和面形反馈模块(7)相连接，用于将标准面形设计模块(1)中设计的标准面形和面形反馈模块(7)的实测面形数据进行比较，结果输入模糊逻辑控制器(4)，经数据处理后，输出膜基反射镜(6)成形所需的电压信号，驱动面形控制促动器(5)；

所述的面形控制促动器(5)包括由计算机控制的高压静电发生装置和环状电极板(51)，电极板位于膜基反射镜(6)的镜面之后，高压静电发生装置产生的静电高压输出至电极板(51)，镀有金属反射层的膜基反射镜(6)接地；

所述的面形反馈模块(7)包括波前传感器及其数据处理单元，用于探测膜基反射镜(6)的实时面形。

2.根据权利要求1所述的一种膜基反射镜面形控制系统，其特征在于：所述的面形监视模块(3)包括：中心截面比较显示单元(31)、三维面形显示单元(32)及干涉图样和波面显示单元(33)，用于中心截面曲线及其误差曲线、实时三维面形、波前干涉图、波前误差三维图、PV值以及RMS值的信息显示。

3.根据权利要求1所述的一种膜基反射镜面形控制系统，其特征在于：所述的模糊逻辑控制模块(4)，由减法器(41)与标准面形设计模块(1)和面形反馈模块(7)相连接；微分器(42)与减法器(41)相连接；第一信号调节器(43)与减法器(41)和微分器(42)相连接；模糊逻辑控制器(44)与第一信号调节器(43)相连接；模糊逻辑控制器知识库(45)与模糊规则编辑器(47)相连接；第二信号调节器(46)与模糊逻辑控制器(44)相连接；模糊规则编辑器(47)与仿真分析模块(2)相连接。

4.一种膜基反射镜面形控制方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)在标准面形设计模块(1)中，以所需的膜基反射镜的口径和F数为参数，采用Zernike多项式进行数据拟合，确定标准反射镜的面形数据并存储；

(2)将步骤(1)中得到的标准反射镜的面形数据转换为中心截面矢高与待控制的膜基反射镜的中心截面矢高，由仿真分析模块(2)进行比较，将其差值输入到模糊逻辑控制器(44)进行膜基反射镜面形控制的仿真处理；根据仿真结果建立模糊逻辑控制规则库(47)；由模糊逻辑控制器(44)输出膜基反射镜静电成形所需的电压信号，驱动面形控制促动器(5)；

(3)由面形反馈模块(7)探测膜基反射镜的实时面形，将测得的实时面形数据与标准反射镜面形数据转换为中心截面矢高进行比较，以其差值为控制变量，经模糊逻辑控制器(44)进行处理，输出膜基反射镜静电成形所需的电压信号，驱动面形控制促动器(5)；

(4)重复步骤(3)，直至得到所需的膜基反射镜面形。

5.根据权利要求2所述的一种膜基反射镜面形控制方法，其特征在于：步骤(2)中所述的仿真处理，仿真分析模块(2)采用有限元分析方法。

6.根据权利要求2所述的一种膜基反射镜面形控制方法，其特征在于：步骤(2)中所述的仿真处理，待控制膜基反射镜的初始中心截面矢高为零；模糊逻辑控制器(44)的输出信号作为有限元分析的外载荷条件；仿真分析模块(2)的输出结果输入到模糊逻辑控制器(44)进行处理，完成第一次仿真过程；重复上述仿真过程，使仿真得到的面形接近标准反射镜面形，再经模糊规则编辑器(47)对模糊逻辑控制器知识库(45)进行调整和优化，得到仿真结果。

Images