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《中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)》 2018年
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基于行星齿轮的粗跟踪镜控制系统研究

陈思思  
【摘要】:在空间光通信系统中,为了建立良好的通信链路并保持该链路,通常采用捕获、跟踪、瞄准(Acquisition,Tracking,Pointing,简称ATP)技术来实现通信双方的精确对准。而粗跟踪技术是ATP技术中不可缺少的一部分,它是实现ATP功能的重要子系统。传统的粗跟踪设备体积大、功耗高,但随着科技的日益发展特别是尖端科技的发展粗跟踪的应用也从静平台发展到了动平台上,比如车载、机载、星载等,这就要求粗跟踪设备向着小型化、智能化的趋势发展并且要求设备跟踪精度高且功耗低。行星齿轮传动有着低功耗,体积小等优点,因此本文主要是在以空间光通信为背景下研究基于行星齿轮传动的二维跟踪镜控制系统。本文首先概述了行星齿轮传动控制系统的国内外发展现状,分析了影响行星齿轮驱动粗跟踪镜精度的主要因素:摩擦扰动和行星齿轮存在的齿轮间隙。并分析了这两种扰动给粗跟踪控制带来的影响。对行星齿轮驱动粗跟踪镜控制系统中的电机、行星齿轮和跟踪镜分别进行建模,为控制系统的设计提供理论依据。在查阅大量文献和相关理论的基础上对系统中存在的摩擦和行星齿轮存在的齿隙问题进行分析和比较,介绍了几种常用的摩擦和齿隙模型,并说明了目前国内外针对摩擦和齿隙常采用的一些补偿控制方法。为了实现行星齿轮驱动粗跟踪镜的高精度跟踪和抑制行星齿轮传动控制系统中存在的摩擦和齿隙等一些非线性死区特性,本文提出采用一种基于多传感器融合控制的不依赖模型的扰动观测器(DOB)控制方法,该方法利用电机端编码器为电机转速测量反馈元件测得电机转速和负载端编码器为负载转速测量元件测得负载转速,再利用所测得的速度偏差来实施扰动观测器的干扰。对行星齿轮传动模型进行仿真分析,验证采用的多传感器融合控制的不依赖模型的扰动观测器控制方法对系统中存在的死区特性有抑制作用,实现系统的高精度跟踪。对粗跟踪镜的机械设计、电机、行星齿轮和编码器的的选择进行说明,最后搭建行星齿轮驱动粗跟踪镜的实验平台,并对多传感器融合控制的不依赖模型的扰动观测器控制方法进行实验验证,证明该方法能够实现对行星齿轮传动系统中的非线性扰动的抑制和实现系统的高精度跟踪。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TP273;TN929.1

【参考文献】
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