【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于光電探測(cè)，具體涉及一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法。
技術(shù)介紹
1、機(jī)載光電吊艙主要特點(diǎn)是采用標(biāo)準(zhǔn)掛裝結(jié)構(gòu)，在不改變載機(jī)結(jié)構(gòu)和硬件接口的情況靈活掛載適應(yīng)各種任務(wù)的載荷。機(jī)載光電吊艙具有較大長(zhǎng)徑比，通過(guò)掛架傳遞的載機(jī)振動(dòng)載荷與氣動(dòng)載荷是一種振動(dòng)強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的復(fù)雜振動(dòng)條件，通常垂向振動(dòng)與橫向振動(dòng)較大，并且吊艙一般具有軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可只考慮垂向振動(dòng)。機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)主要任務(wù)是隔離載體基座和氣動(dòng)擾動(dòng)，保證光軸在慣性空間中穩(wěn)定指向。然而，隨著光電載荷性能的提升，對(duì)光束指向機(jī)構(gòu)提出了更高的要求。
2、傳統(tǒng)機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)采用多個(gè)光學(xué)元件按照空間大尺寸幾何排布的方式帶來(lái)的振動(dòng)問(wèn)題比較明顯，多個(gè)光學(xué)元件在振動(dòng)環(huán)境下的相位難以保持一致。在實(shí)際系統(tǒng)中可以將懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)看成具有多個(gè)自由度的彈性體，通過(guò)理論建模得到的系統(tǒng)模型只是內(nèi)部機(jī)理的一個(gè)抽象，并不能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)的所有特性，而數(shù)值模型有限元仿真的方法誤差較大，尤其是對(duì)固有頻率點(diǎn)在隨機(jī)振動(dòng)時(shí)的諧振峰值估計(jì)偏差大，難以有效實(shí)現(xiàn)光束指向機(jī)構(gòu)精度的提升。
3、因此，本專(zhuān)利技術(shù)提出一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、要解決的技術(shù)問(wèn)題：
2、為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法，將機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)中各光學(xué)元件的整體振動(dòng)響應(yīng)、各光學(xué)元件之間振動(dòng)相位偏差，不同頻段誤差分布進(jìn)行整體分析
3、本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案是：一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法，所述光束指向機(jī)構(gòu)采用伺服系統(tǒng)控制，通過(guò)伺服系統(tǒng)接收傳感器的反饋信號(hào)，并實(shí)時(shí)調(diào)整光束指向機(jī)構(gòu)的位置和方向，以確保光束能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地指向目標(biāo)；具體步驟如下：
4、根據(jù)光束指向機(jī)構(gòu)性能的要求，確定伺服系統(tǒng)剪切頻率范圍；
5、采用寬頻振動(dòng)的方式激勵(lì)光束指向機(jī)構(gòu)，獲取成像畫(huà)面中的光軸兩個(gè)方向的抖動(dòng)量，計(jì)算總抖動(dòng)量并與誤差閾值進(jìn)行比較，當(dāng)總抖動(dòng)量小于等于誤差閾值，則滿足要求；當(dāng)總抖動(dòng)量大于誤差閾值，則繼續(xù)以下步驟；
6、采用寬頻振動(dòng)的方式激勵(lì)光束指向機(jī)構(gòu)，同時(shí)使用加速度傳感器測(cè)量光束指向機(jī)構(gòu)響應(yīng)，記錄發(fā)生諧振的頻率點(diǎn)和對(duì)應(yīng)諧振點(diǎn)的放大倍率；
7、采用定頻振動(dòng)的方式激勵(lì)光束指向機(jī)構(gòu)，獲取每個(gè)發(fā)生諧振的頻率點(diǎn)產(chǎn)生的光軸抖動(dòng)量，按照光軸抖動(dòng)量的大小進(jìn)行排序；
8、將伺服系統(tǒng)置于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，再次激勵(lì)光束指向機(jī)構(gòu)，獲取每個(gè)發(fā)生諧振的頻率點(diǎn)產(chǎn)生的光軸抖動(dòng)量，按照光軸抖動(dòng)量的大小進(jìn)行排序；
9、比較上述兩次光軸抖動(dòng)量差異，當(dāng)光軸抖動(dòng)量差值大于設(shè)定抖動(dòng)量閾值時(shí)，則判定光軸抖動(dòng)的原因?yàn)樗欧到y(tǒng)穩(wěn)定性裕度不足；當(dāng)光軸抖動(dòng)量差值小于等于設(shè)定抖動(dòng)量閾值時(shí)，則判定光軸抖動(dòng)的原因?yàn)楣馐赶驒C(jī)構(gòu)的某個(gè)光學(xué)元件彈性較大、整個(gè)平臺(tái)有一個(gè)或數(shù)個(gè)較大諧振峰；
10、基于判定所得光軸抖動(dòng)的原因，對(duì)光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償；
11、重復(fù)上述步驟直到振動(dòng)環(huán)境下光束指向性能符合要求為止。
12、本專(zhuān)利技術(shù)的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述剪切頻率ωc確定的條件為，保證光束指向機(jī)構(gòu)工作頻率ωk處的開(kāi)環(huán)頻率特性幅值大于等于輸出角度θmax與最大誤差emax的比值，即|g(jωk)|≥θmax/emax；同時(shí)剪切頻率ωc處的相角裕度處于40°～60°之間。
13、本專(zhuān)利技術(shù)的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述成像畫(huà)面中的光軸兩個(gè)方向的抖動(dòng)量分別為δx，δy，記錄時(shí)長(zhǎng)應(yīng)為1min以上；所述光軸總抖動(dòng)量δ的公式如下：
14、
15、式中，i表示記錄時(shí)長(zhǎng)內(nèi)采樣的次數(shù)，n表示記錄時(shí)長(zhǎng)內(nèi)采樣的總數(shù)；
16、設(shè)定誤差閾值為emax，當(dāng)δ≤emax時(shí)，滿足要求。
17、本專(zhuān)利技術(shù)的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述發(fā)生諧振的頻率點(diǎn)記錄為f1，f2，…，fn，對(duì)應(yīng)諧振點(diǎn)的放大倍率記錄為a1，a2，…，an。
18、本專(zhuān)利技術(shù)的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述光束指向機(jī)構(gòu)采用定頻振動(dòng)的方式激勵(lì)時(shí)，非開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，每個(gè)發(fā)生諧振的頻率點(diǎn)產(chǎn)生的光軸抖動(dòng)量為δa1，δa2，…，δan；開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，每個(gè)發(fā)生諧振的頻率點(diǎn)產(chǎn)生的光軸抖動(dòng)量為δb1，δb2，…，δbn；兩次光軸抖動(dòng)量的差值分別為δa1-δb1，δa2-δb2，…，δan-δbn。
19、本專(zhuān)利技術(shù)的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述抖動(dòng)量閾值為
20、本專(zhuān)利技術(shù)的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述對(duì)光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒椋?/p>
21、判定光軸抖動(dòng)的原因?yàn)樗欧到y(tǒng)穩(wěn)定性裕度不足時(shí)，通過(guò)調(diào)整控制參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償；
22、判定光軸抖動(dòng)的原因?yàn)楣馐赶驒C(jī)構(gòu)的某個(gè)光學(xué)元件彈性較大時(shí)，通過(guò)對(duì)該光學(xué)元件進(jìn)行加固以增加剛度進(jìn)行補(bǔ)償；
23、判定光軸抖動(dòng)的原因?yàn)檎麄€(gè)平臺(tái)有一個(gè)或數(shù)個(gè)較大諧振峰時(shí)，通過(guò)增加阻尼或吸振器以削弱諧振峰進(jìn)行補(bǔ)償；
24、以上三種措施進(jìn)行單獨(dú)實(shí)施或聯(lián)合實(shí)施。
25、本專(zhuān)利技術(shù)的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述通過(guò)調(diào)整控制參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，采用微分校正網(wǎng)絡(luò)其中，t表示時(shí)間常數(shù)；s表示拉普拉斯算子；α表示調(diào)整系數(shù)；
26、α<1，調(diào)節(jié)系數(shù)α使其從1減小到適當(dāng)程度，增大伺服系統(tǒng)穩(wěn)定性裕度。
27、本專(zhuān)利技術(shù)的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述吸振器由彈簧-阻尼器-質(zhì)量塊構(gòu)成，調(diào)整彈簧和質(zhì)量塊能夠調(diào)整諧振點(diǎn)頻率和放大倍率，直到將光束指向機(jī)構(gòu)在諧振點(diǎn)處的光軸抖動(dòng)衰減到小于誤差閾值。
28、一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制系統(tǒng)，包括光束指向機(jī)構(gòu)、激勵(lì)模塊、穩(wěn)定性裕度調(diào)整模塊、吸振器；
29、通過(guò)激勵(lì)模塊對(duì)光束指向機(jī)構(gòu)施加寬頻振動(dòng)或定頻振動(dòng)，記錄發(fā)生諧振的頻率點(diǎn)和對(duì)應(yīng)諧振點(diǎn)的放大倍率，獲取每個(gè)發(fā)生諧振的頻率點(diǎn)產(chǎn)生的光軸抖動(dòng)量；
30、通過(guò)穩(wěn)定性裕度調(diào)整模塊調(diào)整控制參數(shù)，進(jìn)行穩(wěn)定性裕度不足的補(bǔ)償；
31、通過(guò)吸振器削弱諧振峰，進(jìn)行諧振峰較大的補(bǔ)償。
32、有益效果
33、本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果在于：本專(zhuān)利技術(shù)一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法，在現(xiàn)有光束指向機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行分配與排序，分析對(duì)光束指向影響明顯的頻率，補(bǔ)充阻尼環(huán)節(jié)或吸振器，能夠有針對(duì)性地抑制因光學(xué)元件頻率響應(yīng)相位差而產(chǎn)生的光束抖動(dòng)，有效提高懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)精度，提高光電產(chǎn)品的探測(cè)能力。
34、本專(zhuān)利技術(shù)方法將機(jī)載吊艙懸掛式指向機(jī)構(gòu)的振動(dòng)傳遞、誤差分配、指向精度控制以及振動(dòng)響應(yīng)補(bǔ)償統(tǒng)一處置，采用多種措施，在不對(duì)整體結(jié)構(gòu)有較大變化的基礎(chǔ)上，對(duì)不同頻率段的振動(dòng)響應(yīng)誤差進(jìn)行分配，以伺服系統(tǒng)精度要求為基準(zhǔn)，分為低頻段、中頻段和高頻段三個(gè)頻率段，低頻段進(jìn)行零件優(yōu)化加固、中頻段增加阻尼比或吸振器降低諧振峰、高頻段進(jìn)行減振實(shí)現(xiàn)振動(dòng)響應(yīng)誤差的補(bǔ)償，得到高品質(zhì)的光束指向控制效果，提高機(jī)載吊本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法，所述光束指向機(jī)構(gòu)采用伺服系統(tǒng)控制，通過(guò)伺服系統(tǒng)接收傳感器的反饋信號(hào)，并實(shí)時(shí)調(diào)整光束指向機(jī)構(gòu)的位置和方向，以確保光束能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地指向目標(biāo)；其特征在于具體步驟如下：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法，其特征在于：所述剪切頻率ωc確定的條件為，保證光束指向機(jī)構(gòu)工作頻率ωk處的開(kāi)環(huán)頻率特性幅值大于等于輸出角度θmax與最大誤差emax的比值，即|G(jωk)|≥θmax/emax；同時(shí)剪切頻率ωc處的相角裕度處于40°～60°之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法，其特征在于：所述成像畫(huà)面中的光軸兩個(gè)方向的抖動(dòng)量分別為Δx，Δy，記錄時(shí)長(zhǎng)應(yīng)為1min以上；所述光軸總抖動(dòng)量Δ的公式如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法，其特征在于：所述發(fā)生諧振的頻率點(diǎn)記錄為f1，f2，…，fn，對(duì)應(yīng)諧振點(diǎn)的放大倍率記錄為A1，A2，…，An。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種機(jī)載懸掛式光束指向
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法，其特征在于：所述抖動(dòng)量閾值為
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法，其特征在于：所述對(duì)光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒椋?/p>
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法，其特征在于：所述通過(guò)調(diào)整控制參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，采用微分校正網(wǎng)絡(luò)其中，T表示時(shí)間常數(shù)；s表示拉普拉斯算子；α表示調(diào)整系數(shù)；
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法，其特征在于：所述吸振器由彈簧-阻尼器-質(zhì)量塊構(gòu)成，調(diào)整彈簧和質(zhì)量塊能夠調(diào)整諧振點(diǎn)頻率和放大倍率，直到將光束指向機(jī)構(gòu)在諧振點(diǎn)處的光軸抖動(dòng)衰減到小于誤差閾值。
10.一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制系統(tǒng)，用于實(shí)施權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法，其特征在于：包括光束指向機(jī)構(gòu)、激勵(lì)模塊、穩(wěn)定性裕度調(diào)整模塊、吸振器；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法，所述光束指向機(jī)構(gòu)采用伺服系統(tǒng)控制，通過(guò)伺服系統(tǒng)接收傳感器的反饋信號(hào)，并實(shí)時(shí)調(diào)整光束指向機(jī)構(gòu)的位置和方向，以確保光束能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地指向目標(biāo)；其特征在于具體步驟如下：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法，其特征在于：所述剪切頻率ωc確定的條件為，保證光束指向機(jī)構(gòu)工作頻率ωk處的開(kāi)環(huán)頻率特性幅值大于等于輸出角度θmax與最大誤差emax的比值，即|g(jωk)|≥θmax/emax；同時(shí)剪切頻率ωc處的相角裕度處于40°～60°之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法，其特征在于：所述成像畫(huà)面中的光軸兩個(gè)方向的抖動(dòng)量分別為δx，δy，記錄時(shí)長(zhǎng)應(yīng)為1min以上；所述光軸總抖動(dòng)量δ的公式如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法，其特征在于：所述發(fā)生諧振的頻率點(diǎn)記錄為f1，f2，…，fn，對(duì)應(yīng)諧振點(diǎn)的放大倍率記錄為a1，a2，…，an。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種機(jī)載懸掛式光束指向機(jī)構(gòu)振動(dòng)誤差分配及抑制方法，其特征在于：所述光束指向機(jī)構(gòu)采用定頻振動(dòng)的方式激勵(lì)時(shí)，非開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，每個(gè)發(fā)生諧振的頻率點(diǎn)產(chǎn)生...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高軍科，潘旭輝，劉昇，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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