激光光束偏转设备的机电控制系统设计

摘要

在光学捕获、跟踪和瞄准中，对激光束控制一般分为粗跟瞄和精跟瞄两套光机电系统。粗跟瞄系统的光束偏转范围大而响应速度慢；精跟瞄系统的光束控偏转范围小而响应速度快。在粗跟瞄系统中，微透镜阵列技术作为一种响应速度快，偏转范围较大的技术日益受到人们的关注。而音圈电机(VCA)作为一种执行器，在理论上具有无限分辨率、无滞后、高响应、高加速度/高速度、体积小、力特性好、控制方便等优点，其应用日益广泛。
　　本文提出了一种利用音圈电机驱动微透镜阵列，实现激光束方向控制的新方法。该方法采用TI公司TMS320F2812数字信号处理器作为控制器，通过离散化的PID控制律，将位移传感器反馈回的位移信号和上位机传送的参考信号进行处理，得到的电压信号转化成脉宽调制(PWM)脉冲并输入到自主研制的脉宽调制直流电压电路驱动音圈电机，音圈电机作为执行器带动微透镜阵列作直线运动，并用USB端口作为整个控制系统与上位机的通讯接口。本文在建立音圈电机传递函数的基础上，设计了控制系统，并通过大量仿真实验进行了PID参数的整定；最后，建立了实验平台，并利用该平台进行了实验验证，对控制电路的线性度，稳定性以及分辨力进行了实际测试，并对整体定位控制系统的控制效果做了大量的实际检验，其结果系统分辨力为10μm，符合系统设计指标。

目录

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摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究内容和意义

第2章 控制系统传递函数

2.1 音圈电机传递函数

2.2 音圈电机位置控制

2.3 机械系统传递函数

2.4 控制系统总框图

2.5 本章小结

第3章 控制系统的硬件设计

3.1 系统设计指标

3.2 控制系统硬件结构综述

3.3 USB传输设计

3.4 控制器设计

3.5 音圈电机驱动器设计

3.6 音圈电机选型

3.7 本章小结

第4章 控制系统软件设计

4.1 上位机软件设计

4.2 DSP软件及PID离散化

4.3 EZUSB FX2固件设计

4.4 本章小结

第5章 实验测试

5.1 实验平台建立

5.2 静态实验

5.3 动态实验

5.4 本章小结

结论

参考文献

附录1

附录2

附录3

附录4

附录5

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致谢