[發明專利]一種用于液晶光束偏轉系統的控制器整定方法

在審

• 申請號: 202010138053.5
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111323985A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 胡婕;郭弘揚;任曦;杜升平
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02F1/29
• 分類號: G02F1/29;G05B19/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種用于液晶光束偏轉系統的控制器整定方法。對基于液晶空間光調制器的二維光束偏轉控制系統，需要通過頻響儀將電極相位差信號輸送給基于FPGA的HDMI驅動器。采用探測器PSD采集光束偏轉脫靶量信號，將該信號反饋給頻響儀。接著得到被控對象的傳遞函數。在設計PID控制器階段，由于光束偏轉系統的被控對象是基于帶有延遲的一階傳遞函數，采用Ziegler整定法的情況下，可以有效、快捷地設計出近似PID控制器，對于液晶光束控制系統的實際應用具有重要意義。

技術領域

本發明涉及光束偏轉技術領域，具體的涉及一種用于液晶光束偏轉系統的控制器整定方法，主要將頻響儀、FPGA和PSD器件應于基于液晶空間光調制器的光束偏轉系統，減小延遲時間，以提高系統帶寬和跟蹤精度。

背景技術

光束偏轉技術是指對激光光束方向進行精確控制的技術，在激光通信、航天器、生物醫學和軍事等諸多領域有著廣泛的應用背景。隨著成熟的激光技術以及全球整體發展信息化，具有通信容量大、體積小、功耗低、保密性好等優點的空間激光通信技術得到重視。在空間激光通信技術中，通信終端的捕獲、跟蹤和瞄準(ATP)是其關鍵技術之一，也是建立可靠通信鏈路的重要保證。只有在建立起可靠的通信鏈路的基礎上，系統才能進行可靠性高、抗干擾能力強的通信，由此星地光通信成為衛星對地大容量通信的最佳方案。對于距離較遠、處于相對運動狀態等實際情況，為了保證通信質量，對ATP技術的跟瞄精度要求非常高，是空間光通信的核心技術問題之一。傳統機械式和半機械式ATP技術由于體積重量大、功耗較高、穩定性差、響應時間慢以及不易和驅動電路相結合等缺點，限制了機械式器件的控制性能。隨著空間光學、信息光學的發展，以空間光通信、激光雷達、紅外對抗、航天器、生物醫學等為代表的應用領域對光束偏轉技術在精確度、靈活控制、低功耗等方面的要求不斷提高。

光學相控陣技術能夠實現激光光束方向的可編程控制，可用于光束偏轉，具有高掃描精度、隨機偏轉、響應速度快、功耗低、穩定性好等優點。其中基于液晶材料的光學相控陣技術是發展最迅速的非機械式光束偏轉技術，利用液晶晶體在電場的作用下產生雙折射的原理，通過控制電場強度實時、精確地改變相位，使光束在設定的方向上形成等相位波前，產生加強干涉，得到高強度的光束能量從而實現光束的電控掃描，不僅解決了激光束指向的快速、靈活控制等掃描問題，還使系統集成度更高、制造成本更低。在控制方面，由于液晶材料本身特性的限制，再加上常用的CCD探測器和外接HDMI圖像顯示器的延時，大大降低了系統帶寬和跟蹤精度，這遠不能滿足我們對跟蹤性能的要求。同時，還需要測取被控對象的傳遞函數，并對該模型設計PID控制器。

發明內容

本發明一種用于液晶光束偏轉系統的控制器整定方法，克服現有技術的不足，解決硬件上帶來的延時影響，有效提高系統帶寬和跟蹤精度。

本發明采用的技術方案為：一種用于液晶光束偏轉系統的控制器整定方法，該方法包括如下步驟：

步驟一：建立二維光束偏轉模型，生成相應的灰度相位調制圖；

步驟二：搭建光束控制實驗平臺，通過基于FPGA的HDMI驅動器和計算機共同組成數據處理單元；

步驟三：通過頻響儀將正弦形式的電極相位差輸送給基于FPGA的HDMI驅動器，驅動器根據相位差生成連續相位調制圖，再將相位調制圖輸入給液晶空間光調制器；

步驟四：利用光電位置敏感器件(PSD)采集光束偏轉脫靶量，通過數據處理單元將輸出信號，即連續脫靶量反饋給計算機，并通過頻響儀對輸入和輸出信號做快速傅立葉變換得到幅頻相頻特性曲線；

步驟五：通過幅頻相頻特性曲線計算得出被控對象模型，通過Ziegler整定法對模型進行PID控制器設計。

進一步地，根據液晶靶面點陣式結構，結合微波相控陣原理，建立基于液晶的二維光束偏轉模型。