空間光學有效載荷力擾動模擬源促動器力控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的一種空間光學有效載荷力擾動模擬源促動器力控制方法，屬于空間光學有效載荷對空間平臺微振動環境適應性測試技術領域。
【背景技術】
[0002]空間光學有效載荷是搭載在衛星上用來獲取感興趣目標光學信息的專用成像設備。在相同應用條件下，為了獲得高質量、高分辨率的圖像，光學載荷的體積、通光口徑越來越大，同時對其所處的衛星平臺的微振動環境要求也越來越高。衛星平臺上由于機構運動、太陽帆板冷熱導致的震顫、力矩陀螺擾動等因素造成光學有效載荷所處的衛星平臺環境是微振動的，這種平臺微振動已成為制約高分辨率空間有效載荷成像質量的重要因素。
[0003]傳統的衛星平臺微振動源是利用飛輪、陀螺來進行模擬，這種模擬存在振動幅值、頻率調節困難而且不能有效定量模擬空間六個自由度的微振動型式。目前能夠面向遙感器整器微振動的地面驗證試驗方法屬于一項技術空白，相應的六自由度力擾動模擬源促動器控制方法也亟待解決。
【發明內容】
[0004]本發明為了解決現有技術不能有效定量模擬空間六個自由度的微振動型式的問題，提出一種空間光學有效載荷力擾動模擬源促動器力控制方法，通過力傳感器信號控制與促動器動子端連接的擾動平臺所受的慣性力。
[0005]本發明要解決技術問題方案是:空間光學有效載荷力擾動模擬源促動器力控制方法，包括以下步驟:
[0006]第一步，明確控制對象的輸入輸出參數，空間光學有效載荷力擾動模擬源促動器7的控制輸入參數為電壓量8、輸出參數有流過促動器繞組的電流值9和作用在促動器動子上的電磁力10，系統的控制目標是在30Hz?200Hz的帶寬范圍內實現與促動器動子端連接的擾動平臺所受的慣性力的控制；
[0007]第二步，確定控制系統的傳感器類型及技術指標，空間光學有效載荷力擾動模擬源促動器的傳感器有動態力傳感器11和電流傳感器12，動態力傳感器11量程為±445N，靈敏度為10.5mV/N，模數轉換位數為16位，頻率響應范圍為0.0OlHz?36kHz，電流傳感器12帶寬16kHz，電流傳感器12分辨率ImA ；
[0008]第三步，建立控制對象的電流控制環路13并確定控制參數，該環路的控制參數為流過促動器繞組的電流值9，控制變量是加載在促動器繞組兩端的電壓值8，反饋變量是實測的流過促動器繞組的電流值，第一控制器14的控制參數采用并行的比例和積分控制，比例控制參數設定值為1000，積分控制參數設定為2000 ；
[0009]第四步，實現基于電流環的控制對象的力反饋控制環路15，該環路控制參數為與促動器動子端連接的擾動平臺所受的慣性力，控制電流是流過促動器繞組的電流值9，促動器動子與擾動平臺間的動態力通過傳感器11獲取；
[0010]第五步，確定力反饋控制環路的控制參數，第二控制器16采用比例控制，比例控制參數設定為0.04，整定的控制環路給定值與輸出值的比例為5:1 ；
[0011]第六步，控制系統帶寬測試，以60N的正弦信號17為控制系統的輸入信號，通過力傳感器11監測促動器動子與擾動平臺間的動態力，在21Hz?260Hz頻率范圍內以5Hz為一個測試步長，記錄實測力的大小及與輸入測試信號的相位關系，若輸出力的大小與給定值的差值不超過0.5N且相位差不超過/8，則判定設計整定的控制系統滿足使用要求。
[0012]本發明的積極效果:本發明解決了空間光學有效載荷力擾動模擬源促動器力控制問題，該方法實現了在30Hz?200Hz頻率范圍內與促動器動子端連接的擾動平臺所受的慣性力大小的控制。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明空間光學有效載荷力擾動模擬源促動器力控制方法的步驟流程示意圖。
[0014]圖2是本發明空間光學有效載荷力擾動模擬源促動器力控制方法控制框圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
[0016]如圖1所示，空間光學有效載荷力擾動模擬源促動器力控制方法包括有:明確控制對象的輸入輸出參數1，確定控制系統的傳感器類型及技術指標2，建立控制對象的電流控制環路并確定控制參數3，實現基于電流環的控制對象的力反饋控制環路4，確定力反饋控制環路的控制參數5，控制系統帶寬測試6。
[0017]其中，驅動器采用Copley JSP-180-10，控制器采用DSP28335，電流環路比例積分參數在JSP-180-10里設置，力反饋比例參數在DSP28335中設置，采用串口 RS-232通訊，波特率設置為9600bps，力反饋環路更新控制頻率設置為10kHz，電流控制指令采用PWM方式，100% PWM對應電流指令8A，50% PWM對應電流指令0A，0% PWM對應電流指令-8A。
[0018]如圖2所示，本發明的方法具體步驟為:
[0019]第一步，明確控制對象的輸入輸出參數，空間光學有效載荷力擾動模擬源促動器7的控制輸入參數為電壓量8、輸出參數有流過促動器繞組的電流值9和作用在促動器動子上的電磁力10，系統的控制目標是在30Hz?200Hz的帶寬范圍內實現與促動器動子端連接的擾動平臺所受的慣性力的控制。
[0020]第二步，確定控制系統的傳感器類型及技術指標，空間光學有效載荷力擾動模擬源促動器的傳感器有動態力傳感器11和電流傳感器12，動態力傳感器11量程為±445N，靈敏度為10.5mV/N，模數轉換位數為16位，頻率響應范圍為0.0OlHz?36kHz，電流傳感器12帶寬16kHz，電流傳感器12分辨率1mA。
[0021]第三步，建立控制對象的電流控制環路13并確定控制參數，該環路的控制參數為流過促動器繞組的電流值9，控制變量是加載在促動器繞組兩端的電壓值8，反饋變量是實測的流過促動器繞組的電流值，第一控制器14的控制參數采用并行的比例和積分控制，比例控制參數設定值為1000，積分控制參數設定為2000。
[0022]第四步，實現基于電流環的控制對象的力反饋控制環路15，該環路控制參數為與促動器動子端連接的擾動平臺所受的慣性力，控制電流是流過促動器繞組的電流值9，促動器動子與擾動平臺間的動態力通過傳感器11獲取。
[0023]第五步，確定力反饋控制環路的控制參數，第二控制器16采用比例控制，比例控制參數設定為0.04，整定的控制環路給定值與輸出值的比例為5:1。
[0024]第六步，控制系統帶寬測試，以60N的正弦信號17為控制系統的輸入信號，通過力傳感器11監測促動器動子與擾動平臺間的動態力，在21Hz?260Hz頻率范圍內以5Hz為一個測試步長，記錄實測力的大小及與輸入測試信號的相位關系，若輸出力的大小與給定值的差值不超過0.5N且相位差不超過/8，則判定設計整定的控制系統滿足使用要求。
【主權項】
1.空間光學有效載荷力擾動模擬源促動器力控制方法，其特征是，包括以下步驟: 第一步，明確控制對象的輸入輸出參數，空間光學有效載荷力擾動模擬源促動器(7)的控制輸入參數為電壓量(8)、輸出參數有流過促動器繞組的電流值(9)和作用在促動器動子上的電磁力(10)，系統的控制目標是在30Hz?200Hz的帶寬范圍內實現與促動器動子端連接的擾動平臺所受的慣性力的控制； 第二步，確定控制系統的傳感器類型及技術指標，空間光學有效載荷力擾動模擬源促動器的傳感器有動態力傳感器(11)和電流傳感器(12)，動態力傳感器(11)量程為±445N，靈敏度為10.5mV/N，模數轉換位數為16位，頻率響應范圍為0.0OlHz?36kHz，電流傳感器(12)帶寬16kHz，電流傳感器(12)分辨率ImA ； 第三步，建立控制對象的電流控制環路(13)并確定控制參數，該環路的控制參數為流過促動器繞組的電流值(9)，控制變量是加載在促動器繞組兩端的電壓值(8)，反饋變量是實測的流過促動器繞組的電流值，第一控制器(14)的控制參數采用并行的比例和積分控制，比例控制參數設定值為1000，積分控制參數設定為2000 ; 第四步，實現基于電流環的控制對象的力反饋控制環路(15)，該環路控制參數為與促動器動子端連接的擾動平臺所受的慣性力，控制電流是流過促動器繞組的電流值(9)，促動器動子與擾動平臺間的動態力通過傳感器(11)獲取； 第五步，確定力反饋控制環路的控制參數，第二控制器(16)采用比例控制，比例控制參數設定為0.04，整定的控制環路給定值與輸出值的比例為5:1 ;第六步，控制系統帶寬測試，以60N的正弦信號(17)為控制系統的輸入信號，通過力傳感器(11)監測促動器動子與擾動平臺間的動態力，在21Hz?260Hz頻率范圍內以5Hz為一個測試步長，記錄實測力的大小及與輸入測試信號的相位關系，若輸出力的大小與給定值的差值不超過0.5N且相位差不超過/8，則判定設計整定的控制系統滿足使用要求。
【專利摘要】空間光學有效載荷力擾動模擬源促動器力控制方法，屬于空間光學有效載荷對空間平臺微振動環境適應性測試技術領域，了解決現有技術不能有效定量模擬空間六個自由度的微振動型式的問題，該方法包括以下步驟：第一步，明確控制對象的輸入輸出參數，第二步，確定控制系統的傳感器類型及技術指標，第三步，建立控制對象的電流控制環路13并確定控制參數，第四步，實現基于電流環的控制對象的力反饋控制環路15，第五步，確定力反饋控制環路的控制參數，第六步，控制系統帶寬測試，本發明解決了空間光學有效載荷力擾動模擬源促動器力控制問題，該方法實現了在30Hz～200Hz頻率范圍內與促動器動子端連接的擾動平臺所受的慣性力大小的控制。
【IPC分類】G05B17/02
【公開號】CN104898454
【申請號】CN201510148142
【發明人】顧營迎, 張立憲, 徐振邦, 吳清文, 李義
【申請人】中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年3月31日