空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器力控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的一种空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器力控制方法，属于空间光学有效载荷对空间平台微振动环境适应性测试技术领域。
【背景技术】
[0002]空间光学有效载荷是搭载在卫星上用来获取感兴趣目标光学信息的专用成像设备。在相同应用条件下，为了获得高质量、高分辨率的图像，光学载荷的体积、通光口径越来越大，同时对其所处的卫星平台的微振动环境要求也越来越高。卫星平台上由于机构运动、太阳帆板冷热导致的震颤、力矩陀螺扰动等因素造成光学有效载荷所处的卫星平台环境是微振动的，这种平台微振动已成为制约高分辨率空间有效载荷成像质量的重要因素。
[0003]传统的卫星平台微振动源是利用飞轮、陀螺来进行模拟，这种模拟存在振动幅值、频率调节困难而且不能有效定量模拟空间六个自由度的微振动型式。目前能够面向遥感器整器微振动的地面验证试验方法属于一项技术空白，相应的六自由度力扰动模拟源促动器控制方法也亟待解决。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有技术不能有效定量模拟空间六个自由度的微振动型式的问题，提出一种空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器力控制方法，通过力传感器信号控制与促动器动子端连接的扰动平台所受的惯性力。
[0005]本发明要解决技术问题方案是:空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器力控制方法，包括以下步骤:
[0006]第一步，明确控制对象的输入输出参数，空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器7的控制输入参数为电压量8、输出参数有流过促动器绕组的电流值9和作用在促动器动子上的电磁力10，系统的控制目标是在30Hz?200Hz的带宽范围内实现与促动器动子端连接的扰动平台所受的惯性力的控制；
[0007]第二步，确定控制系统的传感器类型及技术指标，空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器的传感器有动态力传感器11和电流传感器12，动态力传感器11量程为±445N，灵敏度为10.5mV/N，模数转换位数为16位，频率响应范围为0.0OlHz?36kHz，电流传感器12带宽16kHz，电流传感器12分辨率ImA ；
[0008]第三步，建立控制对象的电流控制环路13并确定控制参数，该环路的控制参数为流过促动器绕组的电流值9，控制变量是加载在促动器绕组两端的电压值8，反馈变量是实测的流过促动器绕组的电流值，第一控制器14的控制参数采用并行的比例和积分控制，比例控制参数设定值为1000，积分控制参数设定为2000 ；
[0009]第四步，实现基于电流环的控制对象的力反馈控制环路15，该环路控制参数为与促动器动子端连接的扰动平台所受的惯性力，控制电流是流过促动器绕组的电流值9，促动器动子与扰动平台间的动态力通过传感器11获取；
[0010]第五步，确定力反馈控制环路的控制参数，第二控制器16采用比例控制，比例控制参数设定为0.04，整定的控制环路给定值与输出值的比例为5:1 ；
[0011]第六步，控制系统带宽测试，以60N的正弦信号17为控制系统的输入信号，通过力传感器11监测促动器动子与扰动平台间的动态力，在21Hz?260Hz频率范围内以5Hz为一个测试步长，记录实测力的大小及与输入测试信号的相位关系，若输出力的大小与给定值的差值不超过0.5N且相位差不超过/8，则判定设计整定的控制系统满足使用要求。
[0012]本发明的积极效果:本发明解决了空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器力控制问题，该方法实现了在30Hz?200Hz频率范围内与促动器动子端连接的扰动平台所受的惯性力大小的控制。
【附图说明】
[0013]图1是本发明空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器力控制方法的步骤流程示意图。
[0014]图2是本发明空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器力控制方法控制框图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0016]如图1所示，空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器力控制方法包括有:明确控制对象的输入输出参数1，确定控制系统的传感器类型及技术指标2，建立控制对象的电流控制环路并确定控制参数3，实现基于电流环的控制对象的力反馈控制环路4，确定力反馈控制环路的控制参数5，控制系统带宽测试6。
[0017]其中，驱动器采用Copley JSP-180-10，控制器采用DSP28335，电流环路比例积分参数在JSP-180-10里设置，力反馈比例参数在DSP28335中设置，采用串口 RS-232通讯，波特率设置为9600bps，力反馈环路更新控制频率设置为10kHz，电流控制指令采用PWM方式，100% PWM对应电流指令8A，50% PWM对应电流指令0A，0% PWM对应电流指令-8A。
[0018]如图2所示，本发明的方法具体步骤为:
[0019]第一步，明确控制对象的输入输出参数，空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器7的控制输入参数为电压量8、输出参数有流过促动器绕组的电流值9和作用在促动器动子上的电磁力10，系统的控制目标是在30Hz?200Hz的带宽范围内实现与促动器动子端连接的扰动平台所受的惯性力的控制。
[0020]第二步，确定控制系统的传感器类型及技术指标，空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器的传感器有动态力传感器11和电流传感器12，动态力传感器11量程为±445N，灵敏度为10.5mV/N，模数转换位数为16位，频率响应范围为0.0OlHz?36kHz，电流传感器12带宽16kHz，电流传感器12分辨率1mA。
[0021]第三步，建立控制对象的电流控制环路13并确定控制参数，该环路的控制参数为流过促动器绕组的电流值9，控制变量是加载在促动器绕组两端的电压值8，反馈变量是实测的流过促动器绕组的电流值，第一控制器14的控制参数采用并行的比例和积分控制，比例控制参数设定值为1000，积分控制参数设定为2000。
[0022]第四步，实现基于电流环的控制对象的力反馈控制环路15，该环路控制参数为与促动器动子端连接的扰动平台所受的惯性力，控制电流是流过促动器绕组的电流值9，促动器动子与扰动平台间的动态力通过传感器11获取。
[0023]第五步，确定力反馈控制环路的控制参数，第二控制器16采用比例控制，比例控制参数设定为0.04，整定的控制环路给定值与输出值的比例为5:1。
[0024]第六步，控制系统带宽测试，以60N的正弦信号17为控制系统的输入信号，通过力传感器11监测促动器动子与扰动平台间的动态力，在21Hz?260Hz频率范围内以5Hz为一个测试步长，记录实测力的大小及与输入测试信号的相位关系，若输出力的大小与给定值的差值不超过0.5N且相位差不超过/8，则判定设计整定的控制系统满足使用要求。
【主权项】
1.空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器力控制方法，其特征是，包括以下步骤: 第一步，明确控制对象的输入输出参数，空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器(7)的控制输入参数为电压量(8)、输出参数有流过促动器绕组的电流值(9)和作用在促动器动子上的电磁力(10)，系统的控制目标是在30Hz?200Hz的带宽范围内实现与促动器动子端连接的扰动平台所受的惯性力的控制； 第二步，确定控制系统的传感器类型及技术指标，空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器的传感器有动态力传感器(11)和电流传感器(12)，动态力传感器(11)量程为±445N，灵敏度为10.5mV/N，模数转换位数为16位，频率响应范围为0.0OlHz?36kHz，电流传感器(12)带宽16kHz，电流传感器(12)分辨率ImA ； 第三步，建立控制对象的电流控制环路(13)并确定控制参数，该环路的控制参数为流过促动器绕组的电流值(9)，控制变量是加载在促动器绕组两端的电压值(8)，反馈变量是实测的流过促动器绕组的电流值，第一控制器(14)的控制参数采用并行的比例和积分控制，比例控制参数设定值为1000，积分控制参数设定为2000 ; 第四步，实现基于电流环的控制对象的力反馈控制环路(15)，该环路控制参数为与促动器动子端连接的扰动平台所受的惯性力，控制电流是流过促动器绕组的电流值(9)，促动器动子与扰动平台间的动态力通过传感器(11)获取； 第五步，确定力反馈控制环路的控制参数，第二控制器(16)采用比例控制，比例控制参数设定为0.04，整定的控制环路给定值与输出值的比例为5:1 ;第六步，控制系统带宽测试，以60N的正弦信号(17)为控制系统的输入信号，通过力传感器(11)监测促动器动子与扰动平台间的动态力，在21Hz?260Hz频率范围内以5Hz为一个测试步长，记录实测力的大小及与输入测试信号的相位关系，若输出力的大小与给定值的差值不超过0.5N且相位差不超过/8，则判定设计整定的控制系统满足使用要求。
【专利摘要】空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器力控制方法，属于空间光学有效载荷对空间平台微振动环境适应性测试技术领域，了解决现有技术不能有效定量模拟空间六个自由度的微振动型式的问题，该方法包括以下步骤：第一步，明确控制对象的输入输出参数，第二步，确定控制系统的传感器类型及技术指标，第三步，建立控制对象的电流控制环路13并确定控制参数，第四步，实现基于电流环的控制对象的力反馈控制环路15，第五步，确定力反馈控制环路的控制参数，第六步，控制系统带宽测试，本发明解决了空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器力控制问题，该方法实现了在30Hz～200Hz频率范围内与促动器动子端连接的扰动平台所受的惯性力大小的控制。
【IPC分类】G05B17/02
【公开号】CN104898454
【申请号】CN201510148142
【发明人】顾营迎, 张立宪, 徐振邦, 吴清文, 李义
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月31日