电容应变式压力传感器原理及检测电路设计

论述了电容应变式压力传感器的原理，给出了一种电容应变式压力传感器的电路，并分析了压力大小与电路输出电压之间的关系。     

两轴柔性支承快速反射镜结构控制一体化设计

为了预测并确认结构设计阶段快速反射镜系统的频率特性和时域性能,对一种两轴柔性支承快速反射镜进行了结构控制一体化研究和测试。提出了一种新型柔性支承结构,根据激光系统光束传输要求的快速反射镜指标,设计了快速反射镜系统的主要结构参数;研究了系统的动态数学模型,确定了闭环系统的控制方式和控制参数;建立了系统摆动部分的刚柔耦合模型,获得了结构非线性模型,基于非线性模型对控制系统和运动系统进行了联合仿真测试。联合仿真结果显示,系统在运动方向的谐振频率为54 Hz,与有限元和理论计算结果的误差均为3.8%,系统位置闭环带宽为203 Hz,符合设计要求。时域输出结果显示,系统的超调量为3.5%,调节时间为10 ms,与理论计算结果的偏差分别为3%和5 ms。     

快速反射镜自适应反演PID复合控制系统设计

为了提高复合轴系统的光束跟踪性能,必须考虑不可测扰动对快速反射镜系统的影响。针对可测量扰动,设计了自适应反演前馈控制算法,并由此得到启发,设计了用于抑制不可测量扰动的自适应反演PID(proportional-integral-derivative)控制系统,用自适应算法提高系统稳态精度以及对不同扰动的适应性,用PID控制器修正系统的误差信号改善系统动态性能。仿真结果表明,相较于PID控制算法,自适应反演PID复合控制系统的误差均方差值下降了34.76%,相较于自适应控制算法,自适应反演PID控制系统的误差均方差值下降了13.3%,自适应反演PID复合控制系统的稳态精度相比经典PID控制和自适应反演控制系统均得到了明显的提升,采用复合算法时上升时间相较自适应算法减少了48.9%,超调量相较经典PID算法减少了80.5%,系统动态性能得到较大改善。     

装配误差对快速反射镜控制精度影响及其抑制方法

快速反射镜(fast steering mirror,FSM)的反射镜组件在装配过程中的装配误差会造成反射镜质心偏离系统几何中心,基座角运动时该装配误差会在系统中产生不平衡力矩.为了研究该力矩对快速反射镜控制系统精度的影响,建立了装配误差作用下快速反射镜控制系统的等效扰动模型,并提出了一种改进干扰观测器(disturbance observer,DOB)用于抑制该扰动.仿真结果表明,无论扰动的频率是否在系统闭环带宽的作用范围内,不平衡力矩的存在都会降低系统的跟踪精度,改进DOB环节的引入可以有效地抑制等效扰动对控制系统性能的影响,当等效扰动的频率为116 Hz时,对扰动幅值极值的抑制可达14.81％.     

两轴水平框架式粗跟踪结构及其控制系统设计

根据天基平台激光辐照空间碎片捕获系统的应用需求,设计了一种两轴水平框架式粗跟踪结构,提出了一种基于加速度闭环的PI速度环控制方法用于实现跟踪系统的闭环高带宽控制和高精度跟踪。首先,根据光束传播路径和负载几何尺寸要求设计了水平式粗跟踪框架的经纬轴结构,并对单轴结构进行了模型简化,建立了单轴二质阻尼刚度简化模型的动力学方程;对系统进行了振动分析,根据系统的谐振频率和电机锁定转动频率确定了跟踪架主要结构参数;设计了一种速度加速度双闭环控制系统,确定了系统控制器和控制参数;最后对控制系统进行了性能测试。测试结果显示,控制系统满足性能指标要求,相较于带有结构滤波器的PI速度环控制系统,带宽提升了28.2%;基于加速度闭环的PI速度环控制系统在调节时间上提升了78.6%,超调量降低了94.08%;基于加速度闭环的PI位置环控制系统的调节时间为0.085 s,超调量为11.66%,具备较小的跟踪误差和较强的抗干扰能力。     

改进根轨迹的快速反射镜控制参量设计

为了保证快速反射镜控制系统在时域和频域同时具有良好性能,采用了一种改进根轨迹的控制参量设计方法。首先,根据辨识出的模型,建立音圈电机驱动的快速反射镜传递函数的根轨迹;其次,根据对控制系统性能指标的要求,导出闭环控制系统预期主导极点位置;再次,通过配置控制器的零点位置,使系统的根轨迹具有预期的主导极点;最后,根据模值公式和相角公式,确定系统增益和控制器极点位置。结果表明,采用改进根轨迹法设计的控制系统具有良好的动态性能,还可以有效抑制闭环系统的机械谐振,而且简单易行、通用性强。     

天基平台快速反射镜扰动信号抑制方法

天基平台快速反射镜在工作过程中受到空间电离辐射和天体摄动力的影响,会在音圈电机和负载输出端引起电流以及位置扰动,降低系统稳态精度和跟踪精度.为了减小扰动对系统的影响,在音圈电机输出电流路径和负载输出位置路径分别设计了扰动观测环节用于实现对特定扰动的抑制.首先,分析了天基环境下各扰动信号对系统输出精度的影响;然后,在系统...     

快速反射镜状态模型构建方法及其控制系统设计

为减少快速反射镜状态空间建模过程中所需的结构参数数量,提出了一种基于系统辨识的状态模型构建方法,采用该方法建立状态模型时只需使用音圈电阻和电感两个结构参数.基于状态模型,设计了一套由降阶观测器、状态反馈、内模和镇定补偿器构成的组合控制系统,利用状态反馈完成对内模和镇定补偿器的设计,通过设计降阶观测器实现对电流和角速度的获取,组合系统可同时实现对输入信号的渐进跟踪和干扰的抑制.在SIMULINK中建立仿真模型,仿真结果显示,不考虑干扰作用时,相较于不完全微分PID(Proportion Integration Differentiation)控制系统,组合系统的调节时间下降了53.6％,超调量上升了131.2％;加入干扰信号后,不完全微分PID控制系统的动稳态性能有明显下降,而组合系统的输出性能基本不受影响.仿真结果验证了理论分析的正确性.     

快速反射镜扰动信号的模糊补偿控制

为了抑制扰动信号对快速反射镜系统输出性能的影响,保证快速反射镜结构特性改变后控制系统抑制扰动信号的能力,提出了一种对扰动信号进行模糊补偿的复合控制系统。系统中,模糊控制环节的输出参数同时用于整定PID控制参数和前馈环节控制参数,补偿系统因扰动造成的偏差,控制系统不需要增加额外的传感器,不会增加硬件系统的复杂性。利用频域分析方法,设计PID控制器的控制参数,进而设计模糊控制的规则。最后,对这种控制系统进行了仿真实验分析,结果表明:快速反射镜的结构参数变化前后,扰动模糊补偿控制系统对系统中的扰动信号均具有较高的抑制能力。