[发明专利]一种用于空间光学遥感器随动系统的同步控制方法

说明书

技术领域

本发明设计一种同步控制方法，特别是一种用于空间光学遥感器随动系统的同步控制方法，属于航天遥感器技术领域。

背景技术

在空间光学领域遥感器成像过程中，为了获得更加宽广的视野，通常使用扫描系统将入射光范围扩大，以增大地面的视野及相机的幅宽。由于扫描镜旋转的范围较小，而入射角与镜面之间的夹角较大，使得光线发生偏振，难以实现大角度扫描。因此在设计过程中希望入射角能够尽量小。为此，一般需要设计主转动系统和反射系统，使入射光平行于主转动系统进入相机，通过反射系统将光线会聚到焦面。这样的主转动系统做扫描运动，反射系统做跟随补偿的运动系统具有无像旋、偏振小，主镜口径小等优势。但需要保证主、次转动系统的同步运动性，根据美国VIIRS遥感器的资料所述，若两轴不进行同步，每个扫描周期相对于上个扫描周期，起始位置变化误差会变大，将导致地面定位误差，进而影响遥感器的几何成像质量。两扫描镜分别为旋转扫描镜和半角反射镜，且同轴安装，且速度比为2:1。

目前多轴系统的同步控制方法主要有机械同步方式和电同步方式两大类。机械同步方式一般通过齿轮、链条、皮带等机械结构实现能量传递，同步控制精度低，难以实现高精度成像要求，且主轴在传动过程中存在机械摩擦、齿轮磨损会产生机械谐振，当高速运行时谐振会影响系统稳定，极易产生共振，且噪声大。

电同步方式利用控制器和驱动器以及测量装置组成，控制灵活，控制精度高。传统的电同步控制结构主要包括主令参考式同步、主从参考式同步、交叉耦合式同步等。

主令参考式同步控制结构如附图2所示，两轴输入均来源于规划的指令曲线，两轴并行工作，互不干扰。其中一个轴受到扰动，其他轴不会对其作出响应，无法有效修正同步误差(M.Anibal Valenzuela,Robert D.Lorenz.Electrionic line-shafting control for paper machine drives[J].IEEE Transactions on Industry Applications,2001,37:106～112)。主从参考式同步控制结构如附图3所示，从轴的输入来自主轴的输出，主轴的运动因负载扰动而改变时，从轴可以对其作出相应的调节，但当从轴受扰时，同步误差不能得到及时修正。(Shim H.M,Hong J.P,Chung S.B,Powered wheelchair controller based on master-slave control architecture industrial electronics[J].IEEE International Symposium on,2001,(3):1553～1556)。交叉耦合式同步控制结构通过引入误差反馈的思想，对两轴的输入进行补偿。比非耦合的同步方案能实现更高的同步控制性能，但由于补偿的作用也会改变主轴的输入，不能满足空间光学遥感器主转动系统的扫描运动轨迹不变的要求。(Koren Y.Cross-coupled biaxial computer control for manufacturing systems[J].ASME Journal of Dynamic Systems,Measurement and Control,1980,102(12):1324～1330)。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于空间光学遥感器随动系统的同步控制方法，在规划了扫描运动曲线的基础上，首先针对主轴运动系统设计满足扫描运动性能的控制器C₁，然后针对从轴反射镜设计控制器C₂使其闭环特性与主轴系统的闭环特性相当，最后以从轴反射镜闭环特性为对象设计同步控制器C₃，使其跟踪“0”指令稳定，最后按一定的结构连接C₁，C₂，C₃。本发明所述的方法与主令参考式同步、主从参考式同步相比大幅提高了两轴同步运动精度且不影响主转动系统的运动轨迹。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于空间光学遥感器随动系统的同步控制方法，所述随动系统包括主轴扫描系统和从轴扫描系统，步骤如下：

(1)利用预先设定的指标要求，设计主轴扫描系统和从轴扫描系统的位置伺服指令和所述指标包括扫描周期、扫描效率、线性段速度、主从轴跟随速度比和线性段起始角度；