[发明专利]一种基于超声电机的激光终端的位置控制方法

说明书

本发明涉及一种基于超声电机的激光终端粗指向的位置控制方法，该方法当激光终端粗指向机构的指向角度误差大于等于预设门限时，采用位置环‑速度环联合控制方式驱动激光终端粗指向机构；当激光终端粗指向机构的指向角度误差小于预设门限时，仅采用位置环控制方式驱动激光终端粗指向机构。本发明实现了超声电机在实现在极低转速状态下高精度、高带宽的位置控制。

技术领域

本发明涉及一种基于超声电机的激光终端的位置控制方法，属于跟踪瞄准技术领域。

背景技术

激光通信指向机构(CPA)是激光通信终端的三大核心单元(指向机构、望远镜和收发通道)之一。指向机构性能的优劣将直接影响激光终端通信链路的建立，从而影响整个激光通信的成败。为了实现激光终端粗指向机构轻量化，采用能量密度更高超声电机替换永磁电机作为驱动源进行驱动控制，在降低电机重量的同时，还可取消锁紧机构的设计，有效的降低粗指向机构的重量。而 CPA工作转速极低，跟踪精度要求极高，但采用常规超声电机控制方法的工作转速较高，无法实现极低转速下的高精度控制，必须采用微步进控制方法进行驱动控制。因此，需要提出一种基于超声电机的激光终端的位置控制方法，实现新型激光终端的高精度跟踪指向。

基于超声电机的激光终端的粗指向机构在进行高精度跟踪控制时，面临以下问题：

(1)、常规的超声电机的控制基本上是频率控制，能满足1°/s以上的速度控制精度，而如粗指向机构这种在0.001～1°/s的工作速度下，很难满足控制需求。

(2)、指令周期短(2ms)，而超声电机的微步进控制与间歇时间相关的，故导致在进行微步进控制时很难进行极低转速的控制。

(3)、在进行微步进位置控制时，在脉冲较大的情况下，能够获得较高的转速和力矩，但带来的微振动较大，影响光学系统的性能。

(4)、由于超声电机的材料机理原因，导致超声电机存在难以启动的问题。

《行波超声波电机多调节量协调控制方法》(中国电机工程学报，2009，第29卷，第6期)、《基于多变量变速积分的超声波电机超低转速控制策略》(中国电机工程学报,2015，第30卷，第2期)、《超声波电机的步进特性和步进定位控制》(中国电机工程学报，2004，第24卷，第1期)、《超声波电机速度与定位控制系统》(中国电机工程学报，2005，第25卷，第1期)、专利《一种超声电机驱动的双自由度旋转装置》、专利《一种超声电机超低转速控制方法》等文献分别介绍了超声电机的低速控制方法和超声波电机的位置控制方法，但上述控制方法在对基于超声电机的激光终端的位置控制时面临困难，主要体现在：(1)无论对超声电机的低速控制方法和位置控制方法均没有解决超低转速下的极高跟踪精度位置跟踪问题；(2)对激光终端面临的指令周期短的问题、静止启动问题、微振动问题均没有涉及。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术不足，针对目前超声电机在1°/s 无法精度控制的问题，提供种基于超声电机的激光终端的位置控制方法，实现超声电机在实现在极低转速状态下高精度、高带宽的位置控制。

本发明解决技术的方案是：一种基于超声电机的激光终端粗指向的位置控制方法，该方法当激光终端粗指向机构的指向角度误差大于等于预设门限时，采用位置环-速度环联合控制方式驱动激光终端粗指向机构；当激光终端粗指向机构的指向角度误差小于预设门限时，仅采用位置环控制方式驱动激光终端粗指向机构。

优选地，所述位置环-速度环联合控制方式为：

位置环-速度环联合控制方式是一种常用的位置控制方式，采用速度环闭环控制作为内环，位置环为外环，将位置指令与实际位置的误差作为输入，使用 PID控制得到速度控制指令，再将速度控制指令与实际速度之间的误差通过速度控制器得到电机控制量控制电机；