CN1936754A - 一种用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统 - Google Patents

一种用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统 Download PDF

Info

Publication number
CN1936754A
CN1936754A CN 200610113553 CN200610113553A CN1936754A CN 1936754 A CN1936754 A CN 1936754A CN 200610113553 CN200610113553 CN 200610113553 CN 200610113553 A CN200610113553 A CN 200610113553A CN 1936754 A CN1936754 A CN 1936754A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ultra
magnetic telescopic
control
real
quick titling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 200610113553
Other languages
English (en)
Other versions
CN100435058C (zh
Inventor
毛剑琴
张臻
何忠武
李超
马艳华
张文广
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Beijing University of Aeronautics and Astronautics
Institute of Applied Electronics of CAEP
Original Assignee
Beihang University
Institute of Applied Electronics of CAEP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University, Institute of Applied Electronics of CAEP filed Critical Beihang University
Priority to CNB2006101135533A priority Critical patent/CN100435058C/zh
Publication of CN1936754A publication Critical patent/CN1936754A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100435058C publication Critical patent/CN100435058C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Lasers (AREA)

Abstract

一种用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统，包括：超磁致伸缩快速倾斜镜，激光光源、位敏传感器、运动控制卡和功率放大器，激光光源产生的激光光束经快速倾斜镜反射后照射在位敏传感器上，其感知光斑的平面位置并输出2路电压量至运动控制卡，对接收的电压量进行控制计算后，输出2路控制信号至功率放大器，功率放大器对接收的2路模拟控制量放大后输出至超磁致伸缩快速倾斜镜中的作动器，使其伸长或缩短，使快速倾斜镜镜面绕定支点发生角度变化，导致激光光束的反射角度发生变化，再通过位敏传感器检测激光光束照射在其上光斑的位置，反馈到运动控制卡中，达到对光轴实时稳定控制。本发明具有快速、实时、抗干扰性能好，且成本低的优点。

Description

一种用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统
技术领域
本发明涉及一种对磁致伸缩快速倾斜镜进行实时控制的系统，具体地说，是指一种用于二自由度超磁致伸缩快速倾斜镜的控制系统，该系统适用于实时光轴稳定控制。
背景技术
快速倾斜镜是光电精密跟踪系统中必不可少的一部分，它作为复合轴系统子系统的执行机构，主要用于校正大惯量主系统的跟踪误差及风矩、机架和大气干扰引起的光轴抖动。现有的用于控制快速倾斜镜的控制系统多是基于工业控制机、A/D和D/A卡组成，控制系统体积庞大，抗干扰能力差，成本高，而基于DSP的快反镜控制系统虽然大大减小了控制系统的体积，但系统开发周期长，成本较高。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种快速、实时、抗干扰性能好，且成本低的用于控制磁致伸缩快速倾斜反射镜的实时光轴稳定系统。
本发明的技术解决方案：一种用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统，其特征在于包括：超磁致伸缩快速倾斜镜、位敏传感器、激光光源、运动控制卡和功率放大器，超磁致伸缩快速倾斜镜、位敏传感器和激光光源安装在基座上，激光光源产生的激光光束经超磁致伸缩快速倾斜镜反射后照射到位敏传感器上，来自外界扰动使照射在位敏传感器上的光斑的位置发生变化，位敏传感器感知光斑位置，输出两路电压量信号至运动控制卡，运动控制卡根据接收的两路电压量信号进行控制算法计算并输出两路模拟控制信号至功率放大器，两路控制信号经放大器放大后输出至超磁致伸缩快速倾斜镜中两个超磁致伸缩作动器的引线端口，驱动两个超磁致伸缩作动器产生相应的伸长和缩短，使得超磁致伸缩快速倾斜镜的反射镜面绕定支点产生角度变化，导致经超磁致伸缩快速倾斜镜反射出去的激光光束的角度发生变化，再通过位敏传感器检测激光光束斑点位置的变化，反馈至运动控制卡中，运动控制卡发出控制信号驱动超磁致伸缩快速倾斜镜中的超磁致伸缩作动器，使反射镜面运动，如此反复进行，达到实时控制光轴的目的。
所述的运动控制卡运动控制卡包括主卡和A/D附件，其中主卡提供至少2个通道的D/A转换器并内嵌伺服PID算法。
本发明与现有技术相比的优点：采用运动控制卡控制超磁致伸缩作动器驱动的二自由度快速倾斜镜的控制系统，使得平台在微幅(微弧度级)下的光轴稳定功能得以实现；而且减小了主控设备的体积，采用现有商品化的位敏传感器、功率放大器、A/D转换器及运动控制卡降低了系统成本，使光轴稳定精度可以达到80％。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的PID控制算法流程图；
图3为本发明快速倾斜镜闭环阶跃响应曲线；
图4为本发明的控制频率在10Hz的减振效果控制曲线图；
图5为本发明的控制频率在50Hz的减振效果控制曲线图；
具体实施方式
如图1所示，本发明包括超磁致伸缩快速倾斜镜1、激光光源2、位敏传感器3、运动控制卡4、功率放大器5，位敏传感器3、运动控制卡4、功率放大器5和超磁致伸缩快速倾斜镜1的各个通道为对应连接，位敏传感器3的输出端与运动控制卡4的A/D转换器41的端口连接，运动控制卡4的D/A转换器42输出端与功率放大器5的输入端相连接，功率放大器5的输出端与超磁致伸缩快速倾斜镜1中的超磁致伸缩作动器11的插头端连接。
激光光源2产生的激光光束经过快速倾斜镜反射1后照射在位敏传感器3上，位敏传感器3感知光斑的位置，产生两路对应与光斑平面位置的电压量信号并输出至运动控制卡4，运动控制卡4中的A/D转换器41采集这两路信号后与期望的光斑位置比较，通过运动控制卡4内嵌的伺服PID算法计算后，并进行D/A转换器42后输出两路控制信号至功率放大器5，两路控制信号经放大后输出至磁致伸缩快速倾斜镜1的两个超磁致伸缩作动器11，驱动作动器11产生相应的伸长或缩短，使反射镜面12绕支点发生转动，从而改变激光光束在反射镜12镜面的反射角度使照射在位敏传感器3上的光斑位置稳定在期望点上，然后再通过位敏传感3器检测光斑位置并反馈到运动控制卡4中，如此反复进行，从而完成快速倾斜镜的光轴实时稳定控制。
本发明的快速倾斜镜中的超磁致伸缩作动器11的超磁致伸缩材料选取Tb0.27-0.3Dy0.7-0.73Fe1.9-2.0，其线性段的超磁致伸缩系数达1000ppm以上。
功率放大器5为两个GF-20型功率放大器，其输入端与运动控制卡的2路D/A转换器42连接，功率放大器5的输出端与快速倾斜镜的2个超磁致伸缩作动器的插头端连接，各通道为一一对应连接。
位敏传感器3选用SPANA9型，±4.5V电压输出，灵敏度1mv/μm，其输出的2路电压量信号与运动控制卡的两种A/D转换器41连接。
运动控制卡4包括主卡和A/D转换器，其中主卡至少包括2通道D/A转换器42，A/D转换器包括2通道的A/D转换器。运动控制卡4可以选用DELTA TAU公司的PMAC2-PC104型运动控制卡，并选用Option12的A/D附件，其具体指标为：运动控制卡中的DSP芯片工作频率：40MHz；128×24内置同步存储器SRAM；512k×8可擦写存储器flash memory；4通道D/A转换器，输出电压范围±10V，分辨率12位；Option12的A/D附件包括2通道D/A转换器，输出电压范围±10V，分辨率12位；RS-232串口与上位机连接。
如图2所示，本发明采用的运动控制卡4内置的控制算法是PID+前馈控制算法，其中Kp为比例增益，提供系统的刚度，Kd为微分增益，提供系统需要的阻尼，Ki积分增益补偿系统的稳态误差，Kvff为速度前馈增益，用于减小阻尼引起的跟随误差，Kaff加速度前馈用于减小系统惯性带来的跟随误差，notch滤波器是一个防止机械谐振滤波器，用于抵消共振的影响，LMI为积分开关。
本发明中，光斑的实际位置信号由位敏传感器检测反馈给控制算法，速度反馈由对位置反馈信号近似求导得到，控制过程中由控制器的PID算法根据指令位置和实际位置的差值调节控制信号，达到光轴稳定的目的。
要想使系统伺服性能达到刚性好，误差小的目标，需要对控制算法中的参数进行调节，现以系统的阶跃响应来测定系统的动态性能。如图3所示，给出了在调节好控制参数后快反镜的闭环阶跃响应，从图中可见快反镜的闭环阶跃响应的上升段时间是0.004秒。
如图4给出了10Hz的扰动信号时光轴稳定系统的实时控制效果，从图4中可以看到当控制系统开始作用后，光轴抖动被消减了80％以上。
如图5给出了50Hz的扰动信号时光轴稳定系统的实时控制效果，从图5中可以看到当控制系统开始作用后，光轴抖动被消减了70％以上。
本发明的实时的计算机主动控制系统在针对二自由快速控制反射镜进行实验测试得到，二自由度快速控制反射镜在1～100Hz内可以使光轴抖动消除70％。

Claims (8)

1、一种用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统，其特征在于包括：超磁致伸缩快速倾斜镜、位敏传感器、激光光源、运动控制卡和功率放大器，超磁致伸缩快速倾斜镜、位敏传感器和激光光源安装在基座上，激光光源产生的激光光束经超磁致伸缩快速倾斜镜反射后照射到位敏传感器上，来自外界扰动使照射在位敏传感器上的光斑的位置发生变化，位敏传感器感知光斑位置，输出两路电压量信号至运动控制卡，运动控制卡根据接收的两路电压量信号进行控制算法计算并输出两路模拟控制信号至功率放大器，两路控制信号经放大器放大后输出至超磁致伸缩快速倾斜镜中两个超磁致伸缩作动器的引线端口，驱动两个超磁致伸缩作动器产生相应的伸长和缩短，使得超磁致伸缩快速倾斜镜的反射镜面绕定支点产生角度变化，导致经超磁致伸缩快速倾斜镜反射出去的激光光束的角度发生变化，再通过位敏传感器检测激光光束斑点位置的变化，反馈至运动控制卡中，运动控制卡发出控制信号驱动超磁致伸缩快速倾斜镜中的超磁致伸缩作动器，使反射镜面运动，如此反复进行，达到实时控制光轴的目的。
2、根据权利要求1所述的用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统，其特征在于：所述的运动控制卡包括主卡和A/D转换器，其中主卡提供至少2个通道的D/A转换器，并内嵌伺服PID控制算法。
3、根据权利要求2所述的用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统，其特征在于：所述的主卡选取PMAC2A-PC104型。
4、根据权利要求1所述的用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统，其特征在于：所述的位敏传感器采用SPANA-9型位敏传感器。
5、根据权利要求1所述的用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统，其特征在于：所述的功率放大器为GF-20型功率放大器。
6、根据权利要求2所述的用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统，其特征在于：所述的D/A转换器的分辨率为12位。
7、根据权利要求2所述的用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统，其特征在于：所述的A/D转换器为2通道，分辨率为12位。
8、根据权利要求2所述的用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统，其特征在于：所述的超磁致伸缩快速倾斜镜中的超磁致伸缩作动器11的材料选取Tb0.27～0.3Dy0.7～0.73Fe1.9～2.0，其线性段的超磁致伸缩系数达1000ppm以上。
CNB2006101135533A 2006-09-30 2006-09-30 一种用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统 Expired - Fee Related CN100435058C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2006101135533A CN100435058C (zh) 2006-09-30 2006-09-30 一种用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2006101135533A CN100435058C (zh) 2006-09-30 2006-09-30 一种用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1936754A true CN1936754A (zh) 2007-03-28
CN100435058C CN100435058C (zh) 2008-11-19

Family

ID=37954301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2006101135533A Expired - Fee Related CN100435058C (zh) 2006-09-30 2006-09-30 一种用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100435058C (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102385312A (zh) * 2011-10-26 2012-03-21 中国科学院光电技术研究所 一种快速倾斜镜控制系统中串联型pi-pi的控制器
CN102540877A (zh) * 2012-02-03 2012-07-04 中国科学院光电技术研究所 一种基于快速倾斜镜校正的振动控制装置的控制方法
CN103092219A (zh) * 2013-01-15 2013-05-08 中国科学院光电技术研究所 一种fsm远程实时控制时间补偿系统及方法
CN104296881A (zh) * 2013-11-28 2015-01-21 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种用于线列红外探测器的扫描摆镜信号处理电路
CN106338808A (zh) * 2016-10-17 2017-01-18 湖北航天技术研究院总体设计所 一种目标跟踪控制系统
CN106655957A (zh) * 2016-11-21 2017-05-10 广东华中科技大学工业技术研究院 一种用于动力锂电池制备装置的防谐振控制系统及方法
CN109579690A (zh) * 2018-12-04 2019-04-05 天津津航技术物理研究所 一种用于快反镜稳像系统的高精度角位移检测装置
CN110596674A (zh) * 2019-08-16 2019-12-20 上海禾赛光电科技有限公司 摆镜及其驱动方法以及激光雷达

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05133716A (ja) * 1991-11-13 1993-05-28 Canon Inc 双方向空間光通信装置
JPH0949760A (ja) * 1995-08-04 1997-02-18 Mitsubishi Electric Corp 光ビーム位置および角度制御装置
JPH11346192A (ja) * 1998-05-29 1999-12-14 Canon Inc 光空間伝送装置
CN1831559B (zh) * 2006-04-14 2011-01-12 中国科学院光电技术研究所 基于倾斜校正的卫星激光测距系统

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102385312A (zh) * 2011-10-26 2012-03-21 中国科学院光电技术研究所 一种快速倾斜镜控制系统中串联型pi-pi的控制器
CN102540877A (zh) * 2012-02-03 2012-07-04 中国科学院光电技术研究所 一种基于快速倾斜镜校正的振动控制装置的控制方法
CN103092219A (zh) * 2013-01-15 2013-05-08 中国科学院光电技术研究所 一种fsm远程实时控制时间补偿系统及方法
CN103092219B (zh) * 2013-01-15 2015-05-06 中国科学院光电技术研究所 一种fsm远程实时控制时间补偿系统及方法
CN104296881A (zh) * 2013-11-28 2015-01-21 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种用于线列红外探测器的扫描摆镜信号处理电路
CN104296881B (zh) * 2013-11-28 2017-12-15 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种用于线列红外探测器的扫描摆镜信号处理电路
CN106338808A (zh) * 2016-10-17 2017-01-18 湖北航天技术研究院总体设计所 一种目标跟踪控制系统
CN106655957A (zh) * 2016-11-21 2017-05-10 广东华中科技大学工业技术研究院 一种用于动力锂电池制备装置的防谐振控制系统及方法
CN106655957B (zh) * 2016-11-21 2019-01-15 广东华中科技大学工业技术研究院 一种用于动力锂电池制备装置的防谐振控制系统及方法
CN109579690A (zh) * 2018-12-04 2019-04-05 天津津航技术物理研究所 一种用于快反镜稳像系统的高精度角位移检测装置
CN110596674A (zh) * 2019-08-16 2019-12-20 上海禾赛光电科技有限公司 摆镜及其驱动方法以及激光雷达

Also Published As

Publication number Publication date
CN100435058C (zh) 2008-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100435058C (zh) 一种用于控制超磁致伸缩快速倾斜镜的实时光轴稳定系统
US4866362A (en) Target tracking system
CN1870150B (zh) 光盘驱动器、光盘装置和用于驱动所述装置的方法
CN100495119C (zh) 三点式动态激光准直系统
CN100533325C (zh) 一种用于磁致伸缩快速控制反射镜的计算机控制系统
CN105738318A (zh) 一种用于文物保护环境湿度监测方法及其系统
CN1744394A (zh) 正支共焦非稳腔腔镜内自动校准装置
EP1905020B1 (en) Optical pick-up and/or recording device
KR970063848A (ko) 광 검출 장치
CN103267493B (zh) 线阵式超大口径平面光学元件面形检测装置和方法
CN210005211U (zh) 一种高速风洞纹影仪焦斑监测减震系统
DE60318424D1 (de) Verfahren und vorrichtung zur neigungskorrektur mittels eines mehrdimensionalaktuators
JPH06103593A (ja) 光ディスク用のアクセス及びトラッキング装置
KR20080033347A (ko) 광 픽업 및/또는 기록장치
CN105953908A (zh) 一种基于dvd光学读取头和悬臂结构的低频微纳振动测试仪
CN201133970Y (zh) 一种三点式动态激光准直系统
CN101447198B (zh) 用来调整聚焦误差信号的光驱装置及其方法
Xue et al. Vibration-induced jitter control in satellite optical communication
CN111142375B (zh) 一种改善控制稳定裕度的机构固有频率测试方法
CN109470660B (zh) 采用放大结构的古斯汉森位移型spr传感器
CN114114674A (zh) 一种基于无惯性反馈校正的光束稳定装置
US20120243391A1 (en) Optical Disc Device
JPH11211412A (ja) 干渉計
JPH03178043A (ja) 焦点制御装置
JPH0423226A (ja) 光ヘッド制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20081119

Termination date: 20160930