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《中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)》 2017年
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空间光机系统二维扫描补偿控制技术研究

赖浩  
【摘要】:为适应高空间、高光谱与高定量化遥感的需求,对空间光电二维扫描指向的要求越来越苛刻。红外高光谱大气探测仪是用于探测全球大气温湿度廓线的分布,通过扫描机构和卫星运动的配合来获取穿轨方向和沿轨方向的地球红外辐射信息。因探测仪装载于极地轨道卫星上,要提高对地面探测时间内对探测目标的观测时间,电机需要实现在扫描驻留模式下同时进行跨轨补偿的功能。传统二维指向技术使得控制对象过于庞大,而采用特殊的扫描补偿组合电机,可实现轻量化结构的快速步进和速度补偿运动。本文阐述了控制对象的建模仿真和控制策略,并基于TMS320F2812型DSP设计了空间光机二维扫描补偿系统硬件以及软件,最后进行了系统的联调和实验。本文首先介绍了课题研究的背景及研究意义,在调研了国内外二维扫描指向研究的现状之后,引出了本文研究的方向和所需实现的功能。本文的执行机构采用组合电机,永磁同步电机驱动扫描镜快速步进扫描,而音圈电机通过中间轴驱动扫描镜做往返的速度补偿运动。文中接着介绍了组合电机的机械结构模型,并分别对两台电机进行了数学建模,同时给出了两维机构的控制策略。永磁同步电机采用Id=0的矢量控制策略,在分析矢量控制坐标变换和空间矢量脉宽调制技术的基础上,针对扫描镜步进驻留扫描的运动特点,采用分段PID算法对伺服系统三环性能进行了Simulink仿真分析;音圈电机采用线性放大的驱动方式和速度环、电流环双闭环的控制策略。在仿真分析的基础上,确立了以组合电机为伺服电机和DSP为电机控制器的二维扫描补偿伺服系统方案。系统的硬件结构主要包括主控模块、控制板电路、驱动板电路等,本文对各模块的电路设计进行了详述。文中还介绍了系统软件总体框架以及各功能模块流程图,然后搭建系统并进行系统的联调和实验,最后对实验结果分析并评估系统性能。实验结果表明,永磁同步电机在220ms的步进周期内,扫描调整时间为70ms,位置保持时间150ms,位置稳定误差标准差为22.12″;音圈电机速度补偿平均值为0.498mm/s,标准差为0.021mm/s,速度稳定误差为4.2%,满足工程需求。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:V443.5

【参考文献】
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