[發明專利]一種驅動反射鏡的控制系統

無效

• 申請號: 201310200127.3
• 申請日: 2013-05-27
• 公開（公告）號: CN103281018A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 李錦英;陳興龍;楊濤;向思樺;陳科
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: H02P5/46
• 分類號: H02P5/46;G02B26/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

技術領域

本發明屬于高精度跟蹤瞄準領域以及精密定位領域中，涉及快速驅動反射鏡的控制系統，特別是大功率、高精度反射鏡的音圈電機驅動控制系統。

背景技術

快速控制反射鏡(Fast?Steering?Mirror，以下簡稱FSM、快反鏡或反射鏡)在各種光學系統中用來對光束進行精密定位和快速偏轉。目前，國內外絕大多數快反鏡的口徑和轉動慣量均較小。它們的驅動機構一般采用壓電陶瓷或音圈電機。壓電陶瓷具有較高的響應頻率，但偏轉角度很??；音圈電機具有行程大的優點，目前音圈電機的驅動方式一般采用線性功率放大模塊或電平脈寬調制方式進行驅動。隨著對通光口徑要求的提高，亟需更大口徑的快反鏡進行光束偏轉控制。由于大口徑的快反鏡對驅動控制系統的驅動功率、定位精度以及行程均有較高要求。目前壓電陶瓷驅動受限于行程太小不能滿足要求。而音圈電機的線性驅動受限于驅動能力小、功耗大，傳統PWM功率驅動受限于定位精度低和諧波噪聲大，均無法滿足大功率、高精度快反鏡驅動系統的要求。

發明內容

為了解決現有音圈電機驅動的快反鏡系統具有驅動能力小、定位精度低的技術問題，本發明提供一種同時具有驅動能力強、定位精度高的驅動反射鏡的控制系統。

本發明一種驅動反射鏡的控制系統的技術解決方案包括：第一音圈電機、第二音圈電機、第三音圈電機、第四音圈電機、反射鏡、數字控制器、AD采集板、X軸多電平功率放大器、Y軸多電平功率放大器、X軸電流傳感器、Y軸電流傳感器、X軸第一位置傳感器、X軸第二位置傳感器、Y軸第一位置傳感器、Y軸第二位置傳感器、反射鏡基座；

AD采集板的輸入端分別與X軸電流傳感器、Y軸電流傳感器、X軸第一位置傳感器、X軸第二位置傳感器、Y軸第一位置傳感器和Y軸第二位置傳感器的輸出端連接，用于采集電流信號和位置信號的模擬量，并將模擬量轉換成電流信號數字量和位置信號的數字量；

數字控制器的輸入端與AD采集板連接，接收X軸期望信號、Y軸期望信號、電流信號數字量和位置信號的數字量，并生成所述位置傳感器的位置閉環控制算法和所述電流傳感器的電流閉環控制算法；數字控制器的輸出為電壓信號；

X軸多電平功率放大器的輸入端、Y軸多電平功率放大器的輸入端分別與數字控制器的輸出端連接，分別接收并對數字控制器的輸出端的電壓信號進行功率放大，生成并輸出多電平的脈寬調制電壓信號；

第一音圈電機和第二音圈電機與反射鏡連接并排列在反射鏡的X軸線上，第一音圈電機的負端與第二音圈電機的負端連接，第一音圈電機的正端、第二音圈電機的正端分別與X軸多電平功率放大器的正、負輸出端連接，接收多電平的脈寬調制電壓信號并控制第一音圈電機和第二音圈電機的輸出力矩驅動反射鏡在X軸線上偏轉；

第三音圈電機和第四音圈電機與反射鏡連接并排列在反射鏡的Y軸線上；第三音圈電機的負端與第四音圈電機的負端連接，第三音圈電機的正端和第四音圈電機的正端分別與Y軸多電平功率放大器的正、負輸出端連接，接收多電平的脈寬調制信號并驅動反射鏡在Y軸線上偏轉；

第一音圈電機、第二音圈電機、第三音圈電機、第四音圈電機的定子固定在反射鏡基座上，第一音圈電機、第二音圈電機、第三音圈電機、第四音圈電機的動子固定在反射鏡的背面。

在X軸電流傳感器中置有X軸多電平功率放大器的負輸出端線，用于測量并輸出流過第一音圈電機和第二音圈電機的電流信號模擬量大?。?!-- SIPO -->

在Y軸電流傳感器中置有Y軸多電平功率放大器的正輸出端線，用于測量并輸出流過第三音圈電機和第四音圈電機的電流信號模擬量大??；

X軸第一位置傳感器、X軸第二位置傳感器、Y軸第一位置傳感器和Y軸第二位置傳感器安裝于反射鏡基座上，X軸第一位置傳感器和X軸第二位置傳感器位于反射鏡的X軸線上，對稱安裝于反射鏡的中心O點的兩側，用于測量反射鏡沿X軸線的偏轉角度；Y軸第一位置傳感器和Y軸第二位置傳感器位于反射鏡的Y軸線上，對稱安裝于反射鏡的中心O點的兩側，用于測量反射鏡沿Y軸線的偏轉角度。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)本發明通過多電平脈寬調制功率放大器驅動音圈電機，具有輸出功率大、損耗低、諧波小、定位精度高的優點。

(2)本發明中X軸的兩個電機反向串聯在一起，以推挽方式工作；Y軸的兩個電機反向串聯在一起，以推挽方式工作；只需要兩組電流傳感器和位置傳感器，就可以對四個電機進行精確的電流閉環和位置閉環。具有控制方式簡單、控制精度高的優點。

附圖說明

圖1為本發明的電機安裝結構圖；

圖2為本發明的驅動控制結構圖；