[发明专利]一种驱动反射镜的控制系统

说明书

技术领域

本发明属于高精度跟踪瞄准领域以及精密定位领域中，涉及快速驱动反射镜的控制系统，特别是大功率、高精度反射镜的音圈电机驱动控制系统。

背景技术

快速控制反射镜(Fast Steering Mirror，以下简称FSM、快反镜或反射镜)在各种光学系统中用来对光束进行精密定位和快速偏转。目前，国内外绝大多数快反镜的口径和转动惯量均较小。它们的驱动机构一般采用压电陶瓷或音圈电机。压电陶瓷具有较高的响应频率，但偏转角度很小；音圈电机具有行程大的优点，目前音圈电机的驱动方式一般采用线性功率放大模块或电平脉宽调制方式进行驱动。随着对通光口径要求的提高，亟需更大口径的快反镜进行光束偏转控制。由于大口径的快反镜对驱动控制系统的驱动功率、定位精度以及行程均有较高要求。目前压电陶瓷驱动受限于行程太小不能满足要求。而音圈电机的线性驱动受限于驱动能力小、功耗大，传统PWM功率驱动受限于定位精度低和谐波噪声大，均无法满足大功率、高精度快反镜驱动系统的要求。

发明内容

为了解决现有音圈电机驱动的快反镜系统具有驱动能力小、定位精度低的技术问题，本发明提供一种同时具有驱动能力强、定位精度高的驱动反射镜的控制系统。

本发明一种驱动反射镜的控制系统的技术解决方案包括：第一音圈电机、第二音圈电机、第三音圈电机、第四音圈电机、反射镜、数字控制器、AD采集板、X轴多电平功率放大器、Y轴多电平功率放大器、X轴电流传感器、Y轴电流传感器、X轴第一位置传感器、X轴第二位置传感器、Y轴第一位置传感器、Y轴第二位置传感器、反射镜基座；

AD采集板的输入端分别与X轴电流传感器、Y轴电流传感器、X轴第一位置传感器、X轴第二位置传感器、Y轴第一位置传感器和Y轴第二位置传感器的输出端连接，用于采集电流信号和位置信号的模拟量，并将模拟量转换成电流信号数字量和位置信号的数字量；

数字控制器的输入端与AD采集板连接，接收X轴期望信号、Y轴期望信号、电流信号数字量和位置信号的数字量，并生成所述位置传感器的位置闭环控制算法和所述电流传感器的电流闭环控制算法；数字控制器的输出为电压信号；

X轴多电平功率放大器的输入端、Y轴多电平功率放大器的输入端分别与数字控制器的输出端连接，分别接收并对数字控制器的输出端的电压信号进行功率放大，生成并输出多电平的脉宽调制电压信号；

第一音圈电机和第二音圈电机与反射镜连接并排列在反射镜的X轴线上，第一音圈电机的负端与第二音圈电机的负端连接，第一音圈电机的正端、第二音圈电机的正端分别与X轴多电平功率放大器的正、负输出端连接，接收多电平的脉宽调制电压信号并控制第一音圈电机和第二音圈电机的输出力矩驱动反射镜在X轴线上偏转；

第三音圈电机和第四音圈电机与反射镜连接并排列在反射镜的Y轴线上；第三音圈电机的负端与第四音圈电机的负端连接，第三音圈电机的正端和第四音圈电机的正端分别与Y轴多电平功率放大器的正、负输出端连接，接收多电平的脉宽调制信号并驱动反射镜在Y轴线上偏转；

第一音圈电机、第二音圈电机、第三音圈电机、第四音圈电机的定子固定在反射镜基座上，第一音圈电机、第二音圈电机、第三音圈电机、第四音圈电机的动子固定在反射镜的背面。

在X轴电流传感器中置有X轴多电平功率放大器的负输出端线，用于测量并输出流过第一音圈电机和第二音圈电机的电流信号模拟量大小；

在Y轴电流传感器中置有Y轴多电平功率放大器的正输出端线，用于测量并输出流过第三音圈电机和第四音圈电机的电流信号模拟量大小；

X轴第一位置传感器、X轴第二位置传感器、Y轴第一位置传感器和Y轴第二位置传感器安装于反射镜基座上，X轴第一位置传感器和X轴第二位置传感器位于反射镜的X轴线上，对称安装于反射镜的中心O点的两侧，用于测量反射镜沿X轴线的偏转角度；Y轴第一位置传感器和Y轴第二位置传感器位于反射镜的Y轴线上，对称安装于反射镜的中心O点的两侧，用于测量反射镜沿Y轴线的偏转角度。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过多电平脉宽调制功率放大器驱动音圈电机，具有输出功率大、损耗低、谐波小、定位精度高的优点。

(2)本发明中X轴的两个电机反向串联在一起，以推挽方式工作；Y轴的两个电机反向串联在一起，以推挽方式工作；只需要两组电流传感器和位置传感器，就可以对四个电机进行精确的电流闭环和位置闭环。具有控制方式简单、控制精度高的优点。

附图说明

图1为本发明的电机安装结构图；

图2为本发明的驱动控制结构图；