空间扫描镜控制系统定量分析.pdfVIP

空间扫描镜控制系统定量分析 隋文博 （中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 吉林 长春） 摘要：本文通过对一个已经进行了初步建模的空间扫描镜控制系统进行分析，并 对其进行了反馈校正，利用matlab 对该系统进行仿真和定量分析，确定了以 电流反馈和位置反馈为反馈环的双闭环反馈的方案。 关键字：扫描镜，控制，角度反馈，电流反馈，角速度反馈 一、引言 航天器的出现使人类的活动范围从地球大气层扩大到广阔无垠的宇宙空间， 引起了人类认识自然和改造自然能力的飞跃，对社会经济和社会生活产生了重大 影响。自二十世纪中叶以来，空间技术得到了突飞猛进的发展；在经济、军事等 多领域的广泛应用，也使得空间技术的重要地位被各国所正视。美国一权威著作 曾预言：在二十一世纪国家对航天技术的依赖可与十九世纪国家对电力的依赖、 二十世纪国家对石油的依赖相比拟。 本文的研究对象就是某航天器上的空间扫描镜控制系统。根据已经建模的系 统，完成系统的设计工作，并对系统的三个状态量分别设计反馈回路，对各种可 能的反馈设计进行仿真和定量分析。 二、空间扫描镜控制系统模型 1.扫描镜控制系统系统性能要求 根据系统的性能指标要求，可以得到扫描镜的设计约束。其中，扫描镜运动 角度曲线要求如图3.1所示。 描周期是5s，文波信号要小于0.043rad。 2.执行电机模型 根据已建立数学模型的系统，可以得到它的状态微分方程为： dIa Va = A⋅ω+ Ra⋅ Ia + La dt （2-1） dω Te = K⋅ Ia = J + Bm⋅ω+Tf dt 1 dω Ia = (J + Bm⋅ω+Tf) K dt （2-2） 若将式（2-1）和式（2-2）改写为S函数，设Va(s)为输入量，ω(s)为第一 输出量，Ia(s)为第二输出量，则角速度传递函数为： ω(s) K = Va(s) A⋅ K+ Ra⋅ Bm +( Ra⋅ J+ La⋅ Bm)s+ La⋅ Js2 （2-3） 电枢电流的传递函数为： Ia(s) J⋅ s+ Bm = Va(s) A⋅ K+ Ra⋅ Bm +( Ra⋅ J+ La⋅ Bm)s+ La⋅ Js2 （2-4） 扫描镜负载和执行电机的相关参数如下： 转动惯量JL=2.012 ×10-4 kg ⋅ m 2 静摩擦转矩TfL=8 ~ 9×10−2 N ⋅ m 粘滞摩擦系数BmL=1×10−2 N ⋅ m ⋅ s 2.6 ×10−4 kg ⋅ m 2 转动惯量Jm= 静摩擦转矩Tfm=8 ~ 9×10−3 N ⋅ m 粘滞摩擦系数Bmm= 1×10−3 kg ⋅ m ⋅ s 转矩系数K=0.27 N ⋅ m/A 总转动惯量J = JL+ Jm 总粘滞摩擦系数Bm = BmL+ Bmm Tf =TfL+Tfm 电机转矩系数K= 0.27 N ⋅ m/A 反电动势常数A= 0.35V/rad ⋅ s−1 当A= 0.35V/rad ⋅ s−1 ，K= 0.27 N ⋅ m/A ，Ra= 5Ω，La= 0.12 H ，J= 4.6 ×10−4 kg ⋅ m 2 ， Bm=1.1×10−2 N ⋅ m ⋅ s ，Tf= 9.9×10−3 N ⋅ m 时，对式（2-3）和式（2-4）有： ω(s) 4878.58 = Va(s) 2701.29 + 65.52s+s2 Ia(s) 198.76 +8.33s = Va(s) 2701.29 + 65.52s