快速反射镜的控制系统及控制方法技术方案

快速反射镜的控制系统及控制方法，涉及一种快速反射镜的控制方法，解决现有反射镜的控制方法存在电机串联时要求有较高的驱动电源并且机械加工及电机参数存在不一致性，导致同一轴上两台电机不能输出大小相等、方向相反的力，具有局限性等问题，本发明专利技术为双轴四电机驱动的快速反射镜，该控制方法采用双闭环控制，每个偏转轴包括一个位置环、两个电流环，其中内环为电流环，外环为位置环。由于快速反射镜的两个轴正交分布，理论上不存在耦合关系，因此每个偏转轴单独控制。本发明专利技术所述的控制系统可以灵活调整两个电流控制器输入端的比例系数，实现同一轴上的两台电机同步运动，使得快速反射镜的机械系统受力均匀，提高工作的稳定性和环境适应性。

【技术实现步骤摘要】
快速反射镜的控制系统及控制方法
本专利技术涉及精密跟踪与精密控制领域，具体涉及一种音圈电机驱动的快速反射镜的控制方法。
技术介绍
快速反射镜作为一种光束控制装置，具有谐振频率高、响应速度快、控制灵活等特点，在天文望远镜、激光通信、自适应光学、精密跟踪控制等领域得到了广泛应用。目前快速反射镜的驱动元件主要有压电陶瓷和音圈电机两大类。本专利所述的控制方法主要针对采用音圈电机驱动的快速反射镜。双轴型快速反射镜常采用四个驱动装置来实现两个正交轴的偏转，其中，每个轴通过两个驱动器的推拉运动来控制反射镜的偏转，这种驱动方法可以提高快速反射镜的响应速度，同时使得快速反射镜的机械系统受力均匀，工作的稳定性和环境适应性较好。这种驱动方式一方面对机械加工和装配精度提出了较高要求，另一方面对控制系统也提出了较高要求，要求一个轴上的两个电机出力大小相等、方向相反，实现同步运动。在中国专利技术专利CN01113669.3的说明书中，提出了一种偏摆镜的驱动控制方法，该方法采用的是将同一个轴上的两个音圈电机反相串联的方式，接入一个电机功率放大器进行控制，该方法可以保证两台电机流过大小相等、方向相反的电流，但是有两方面的不足：其一，电机串联后，系统的反电动势系数加倍，那么驱动器的供电电压势必加倍，才能抵消反电动势的影响，这就要求有较高电压的驱动电源；其二，考虑到机械加工以及电机参数本身的不一致性，该方法不能保证两台电机输出大小相等、方向相反的力，具有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术为解决现有反射镜的控制方法存在电机串联时要求有较高的驱动电源并且机械加工及电机参数存在不一致性，导致同一轴上两台电机不能输出大小相等、方向相反的力，具有局限性等问题，提供一种快速反射镜的控制方法。快速反射镜的控制系统，包括在快速反射镜的X轴和Y轴上分别设置一个位置环和两个电流环，所述X轴和Y轴上的位置环分别包括位置控制器、位置信息处理单元和两个位置传感器；所述X轴上的两个电流环分别由电流控制器、功率放大器、电流传感器、音圈电机和比例放大器组成，Y轴上的两个电流环分别由电流控制器、功率放大器、电流传感器、音圈电机和两个比例放大器组成；所述X轴和Y轴上的位置传感器同时测量快速反射镜两个轴的偏转位移信息，所述位移信息分别经过对应的位置信息处理单元进行差分处理，获得X轴和Y轴的位置反馈量，将X轴和Y轴的位置给定量与所述位置反馈量作差，获得对应X轴和Y轴的位置误差，采用X轴和Y轴上的位置控制器对位置误差进行校正，得到X轴和Y轴的电流指令，所述X轴和Y轴的电流指令分别经过对应的比例放大器后，作为X轴和Y轴上对应的电流控制器的电流给定量；所述X轴和Y轴上对应的电流传感器采集对应音圈电机的电枢电流，将电枢电流反馈量与所述电流给定量作差，获得对应X轴和Y轴的电流误差，所述电流误差分别经过X轴和Y轴对应的电流控制器校正，校正结果经对应的功率放大器驱动控制音圈电机的电流，实现控制音圈电机的输出力。所述X轴上的位置控制器的输出量通过两个符号相反的比例放大器分为两路，去控制X轴上的两个电流控制器，实现控制X轴上的两个音圈电机；所述Y轴上的位置控制器的输出量通过两个符号相反的比例放大器分为两路，去控制Y轴上的两个电流控制器，实现控制Y轴上的两个音圈电机。所述X轴和Y轴对应的位置传感器为LVDT型传感器、直线光栅位移传感器或电涡流位移传感器中的一种。快速反射镜的控制方法，该方法由以下步骤实现：步骤一、控制系统获得X轴和Y轴的位置给定量；X轴对应的位置信息处理单元将X轴上两个位置传感器输出的X轴位置信息进行差分运算，获得X轴的位置反馈量；Y轴对应的位置信息处理单元将Y轴上两个位置传感器输出的Y轴位置信息进行差分运算，获得Y轴的位置反馈量；步骤二、控制系统将X轴和Y轴的位置给定量与对应的X轴和Y轴的位置反馈量作差，获得对应X轴和Y轴位置误差，并采用X轴和Y轴对应的位置控制器将位置误差进行校正，校正结果分别作为X轴和Y轴的电流指令；步骤三、所述步骤二中获得的X轴的电流指令分别经过X轴中符号相反的两个比例放大器，Y轴的电流指令分别经过Y轴中符号相反的两个比例放大器后，获得对应X轴和Y轴的电流给定量，所述电流给定量分别与X轴和Y轴对应的电流传感器获得的电流反馈量作差，获得对应X轴和Y轴的电流误差；步骤四、将步骤三中获得的对应X轴和Y轴的电流误差送入X轴和Y轴对应的电流控制器进行校正，通过对应X轴和Y轴的功率放大器放大，控制对应X轴和Y轴的音圈电机的运动。本专利技术的有益效果：本专利技术所述的控制系统可以灵活调整两个电流控制器输入端的比例系数，实现同一轴上的两台电机同步运动，使得快速反射镜的机械系统受力均匀，提高工作的稳定性和环境适应性，另外，一个电机对应一个电机功率放大器，不需要对电机功率放大器的驱动电压提出过高要求。本专利技术实现快速反射镜同一轴上的两台电机同步推拉运动，且具有很高的稳定性。附图说明图1是本专利技术的控制方法示意图。图中位置控制器1，比例放大器1，比例放大器2，电流控制器1，功率放大器1，电流传感器1，电流控制器2，功率放大器2，电流传感器2，位置信息处理单元1，位置控制器2，比例放大器3，比例放大器4，电流控制器3，功率放大器3，电流传感器3，电流控制器4，功率放大器4，电流传感器4，位置信息处理单元2，以及快速反射镜平台，及其下面包含的四个音圈电机和四个位置传感器，分别是X轴上的音圈电机1、音圈电机2、位置传感器1和位置传感器2，Y轴上的音圈电机3、音圈电机4、位置传感器3和位置传感器4。具体实施方式具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，快速反射镜的控制系统，包括四个音圈电机，四个电机功率放大器、四个电流传感器、四个位置传感器，四个电流控制器、两个位置控制器，另外，还有四个比例放大器。四个音圈电机的电枢电流分别由四个电流传感器采集，四个电流传感器采集的电流作为电流反馈量，四个电流反馈量分别与四个电流给定量作差，其电流误差分别经过四个电流控制器的运算校正，其计算结果分别给四个电机功率放大器，四个电机功率放大器分别驱动控制四个音圈电机，共同构成四个电流闭环控制系统，分别控制四个音圈电机的电流，进而达到控制音圈电机输出力的目的。两个轴上的四个位置传感器用来测量快速反射镜两个轴的偏转位移信息，其中，每个轴上的两个位移传感器同时测量，其测量的位移量经过差分运算处理，得到每个轴的位置反馈量，两个轴的位置给定量与对应的位置反馈量作差，其位置误差分别进入两个轴的位置控制器进行运算校正，得到两个轴的电流指令，两个轴的电流指令分别经过四个比例放大器后，作为四个电流控制器的电流给定量，其中，四个比例放大器分为两组，每个轴对应一组，其中，同一组内的两个比例放大器的符号相反，这样保证同一轴上的两个音圈电机的给定电流是相反的，从而实现同一轴上的两个音圈电机推拉运动的工作方式。本实施方式所述的控制系统中两个偏转轴共使用四个位置传感器，其中，同一轴上的两个位置传感器以快速反射镜旋转中心为参考，对称放置，其测量结果经过差分运算处理，可以提高测量精度。一个音圈电机对应一个电流控制器、一个电机功率放大器和一个电流传感器，四个音圈电机对应四个电流控制器、四个电机功率放大器和四个电流传感器。一个轴对应一个位置控制器，一个位本文档来自技高网...

【技术保护点】
快速反射镜的控制系统，其特征是，包括在快速反射镜的X轴和Y轴上分别设置一个位置环和两个电流环，所述X轴和Y轴上的位置环分别包括位置控制器、位置信息处理单元和两个位置传感器；所述X轴上的两个电流环分别由电流控制器、功率放大器、电流传感器、音圈电机和比例放大器组成，Y轴上的两个电流环分别由电流控制器、功率放大器、电流传感器、音圈电机和两个比例放大器组成；所述X轴和Y轴上的位置传感器同时测量快速反射镜两个轴的偏转位移信息，所述位移信息分别经过对应的位置信息处理单元进行差分处理，获得X轴和Y轴的位置反馈量，将X轴和Y轴的位置给定量与所述位置反馈量作差，获得对应X轴和Y轴的位置误差，采用X轴和Y轴上的位置控制器对位置误差进行校正，得到X轴和Y轴的电流指令，所述X轴和Y轴的电流指令分别经过对应的比例放大器后，作为X轴和Y轴上对应的电流控制器的电流给定量；所述X轴和Y轴上对应的电流传感器采集对应音圈电机的电枢电流，将电枢电流反馈量与所述电流给定量作差，获得对应X轴和Y轴的电流误差，所述电流误差分别经过X轴和Y轴对应的电流控制器校正，校正结果经对应的功率放大器驱动控制音圈电机的电流，实现控制音圈电机的输出力。所述X轴上的位置控制器的输出量通过两个符号相反的比例放大器分为两路，去控制X轴上的两个电流控制器，实现控制X轴上的两个音圈电机；所述Y轴上的位置控制器的输出量通过两个符号相反的比例放大器分为两路，去控制Y轴上的两个电流控制器，实现控制Y轴上的两个音圈电机。...

【技术特征摘要】
1.快速反射镜的控制系统，其特征是，包括在快速反射镜的X轴和Y轴上分别设置一个位置环和两个电流环，所述X轴和Y轴上的位置环分别包括位置控制器、位置信息处理单元和两个位置传感器；所述X轴上的两个电流环分别由电流控制器、功率放大器、电流传感器、音圈电机和比例放大器组成，Y轴上的两个电流环分别由电流控制器、功率放大器、电流传感器、音圈电机和两个比例放大器组成；所述X轴和Y轴上的位置传感器同时测量快速反射镜两个轴的偏转位移信息，所述位移信息分别经过对应的位置信息处理单元进行差分处理，获得X轴和Y轴的位置反馈量，将X轴和Y轴的位置给定量与所述位置反馈量作差，获得对应X轴和Y轴的位置误差，采用X轴和Y轴上的位置控制器对位置误差进行校正，得到X轴和Y轴的电流指令，所述X轴和Y轴的电流指令分别经过对应的比例放大器后，作为X轴和Y轴上对应的电流控制器的电流给定量；所述X轴和Y轴上对应的电流传感器采集对应音圈电机的电枢电流，将电枢电流反馈量与所述电流给定量作差，获得对应X轴和Y轴的电流误差，所述电流误差分别经过X轴和Y轴对应的电流控制器校正，校正结果经对应的功率放大器驱动控制音圈电机的电流，实现控制音圈电机的输出力；所述X轴上的位置控制器的输出量通过两个符号相反的比例放大器分为两路，去控制X轴上的两个电流控制器，实现控制X轴上的两个音圈电机；所述Y轴上的位置控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：王帅，曹玉岩，孟浩然，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22