. 9693) = 90. 04
[0120] ?z*(t) = (90. 04+117. 61)-90. 04Xcos(2X Ji/l. 1847Xt)
[0122] 指令曲线和速度曲线分别如图4和如图5所示。
[0123] 3、计算半角反射镜的扫描速度曲线《/(t)和位置指令.<(/)
[0124] ?c*(t) = 0. 5X ?z*(t)
[0125] 6>；(/) = 0.5x^；(/)
[0126] 4、根据望远系统的对象特性，望远系统执行电机为KBM(S)-57X02-C(科尔摩根电 机），其电气参数为转动惯量为J = 〇. 8kg ? m2,电机的电流力矩系数为Km= 3. 23Nm/A，反 电动势系数为Kb= 2. 637VArad/s)，电阻为R = 0. 5 D，电感为L = 0. 0027H。望远系统的 对象特性为
[0128] 依据PID设计法设计望远系统扫描控制器控制律为
使其 满足在线性段范围内的扫描角度误差满足13ms内主光学系统偏差小于19"。可计算得其闭 环传递函数特性为：
[0130] 5.根据半角反射镜的被控对象特性，执行电机为J60SW001，其电气参数为转动惯 量为J = 2. 251 X l(T5kg ^2,电机的电流力矩系数为Km= 0. 110Nm/A，反电动势系数为Kb = 0? 109VArad/s)，电阻为R = 1. 0 Q，电感为L = 0? 55 X 10_3H。半角系统的对象特性为：
[0132] 设计从轴跟踪误差控制器C2，使从轴反射镜闭环性能G2与主轴系统的闭环特性6 1 相同。
[0134] 6、考虑到轴系摩擦力的存在，对摩擦力建模。考虑到库伦摩擦力、粘滞摩擦力、静 摩擦力的结合。当I ? |〈S时，
[0135] 当 | w |> S 时，Tf(t) = [Tc+(Tm_Tc) Xe-° |u]sgn〇)+kvX ?
[0136] 其中，Tm= 2. 3Nm(最大静摩擦力），T。= 0? 6Nm(库伦摩擦力），k v= 0? 9 (粘滞摩 擦系数），a = 0. 1，S = 〇. 〇〇2。
[0137] 7、以'
为对象，其中G2为半角反射镜的闭环对象特性，k 2为两轴的转速比。 在本例中 k2= 2。两轴同步误差控制器的对象特性为：
，
[0138] 设计同步误差控制器<
，使其跟踪"〇"指令稳定，且满足两轴同步误差 小于64"。
[0139] 6.将(：3的输出加上〇)x卜作为半角反射镜的输入，并在输出上减去输出， 构成同步控制闭环，用以减小两轴同步运动误差，进一步提高同步精度。
[0140] 对比增加了同步误差控制器和没有增加同步误差控制器时，半角反射镜跟随望远 系统的同步误差如图7所示，增加同步误差控制器后系统的同步误差放大示意图如图8所 示。可以看到，同步误差大幅减小，且在线性段内满足同步误差小于64"的技术要求。
[0141] 本发明还将该控制结构与前文提到的主令式同步控制结构（控制结构示意图如 图2所示）、主从式同步控制结构（控制结构示意图如图3所示）做一对比，在望远系统跟 随控制器(^和半角反射镜跟随控制器C 2不变的情况下，对比同步误差如图9所示。可以看 到，在望远系统跟随控制器和半角反射镜跟随控制器形式不变的情况下，本发明所示的图1 结构同步控制器可以大幅提高同步精度，且不影响望远系统的运动轨迹。
[0142] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
【主权项】
1. 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，其特征在于步骤如下： (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 巧W,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； (2) 利用预先给定的已知主轴系统的转动惯量1，电机的电流力矩系数Km,，反电动势 系数Kb,，电阻氏，电感计主轴跟踪误差控制器，使主轴系统的旋转扫描运动控制性能满 足预先设定的扫描线性度要求； (3) 利用预先给定的从轴系统的转动惯量J。、电机的电流力矩系数Km。、反电动势系数 Kbc、电阻R。和电感L。设计从轴跟踪误差控制器，使得从轴跟踪误差控制器的闭环特性G2与 主轴跟踪误差控制器的闭环特性Gi相同； (4)W 为对象，设计同步误差控制器，使两轴随动系统稳定跟踪0指令稳定；其 中G2为从轴跟踪误差控制器的闭环特性，P2为从轴跟踪误差控制器的对象 特性，C2为步骤（3)得到的从轴跟踪误差控制器，k2为两轴的转速比； (5) 在同步误差控制器的输出端加上并减去主轴跟踪误差控制器的输出，构 成同步控制闭环，完成对空间光学遥感器两轴随动系统的同步控制。2. 根据权利要求1所述一种用于空间光学遥感器随动系统的同步控制方法，其特征在 于：所述步骤（1)中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 伺服指令电W和《W，具体为： (1-1)根据空间光学遥感器主轴系统预先要求的扫描周期T，扫描效率n，计算主轴系 统在线性段内的运动时间L和非线性段内的运动时间Tf，具体由公式： Tx=T*n Tf=T*(i-n) 给出； (1-2)利用步骤（1-1)求得的线性段内的运动时间Ty和线性段内的角度范围0，线性 段起始角度01，计算线性段内主轴位置曲线Com,、主轴速度曲线Spee屯和主轴加速度曲线 Acc,，具体由公式； 给出；(1-3)利用步骤（1-2)求得的非线性段内的运动时间Tf和线性段速度V，计算非线性 段内主轴位置曲线Com,、主轴速度曲线Spee屯和主轴加速度曲线Acc,，具体由公式； Comz= ( 0 i+v*Tx) + (A+v)*(tm-Tx)-A*Tf/2/pi*sin(2*pi/Tf*(tm-Tx))Tx<tm<T给出，其中A= (360。-T*v)/Tf; (1-4)利用步骤（1-。和步骤（1-如中求得的线性段和非线性段内主轴位置曲线Com,、主轴速度曲线Speed,和主轴加速度曲线AcCz，W及预先给定的主从轴跟随速度比k，计算线 性段和非线性段内的从轴位置曲线Com。、从轴速度曲线Speed。和从轴加速度曲线Acc。，具 体由公式： Comc= k本Com Z Speedc= k本Speed z AcCc= k本Acc z 给出； (1-5)分别生成主轴扫描系统的位置伺服指令和从轴扫描系统的位置伺服指令 巧W，具体由公式：给出。3. 根据权利要求1所述一种用于空间光学遥感器随动系统的同步控制方法，其特征在 于：所述步骤似中利用预先给定的已知主轴系统的转动惯量心电机的电流力矩系数Km,， 反电动势系数Kb,，电阻氏，电感L,设计主轴跟踪误差控制器，使主轴系统的旋转扫描运动控 制性能满足扫描线性度要求，具体为： W主轴系统作为被控对象，利用预先给定的主轴系统转动惯量J,，电机的电流力矩系 数Km,，反电动势系数Kb,，电阻氏，电感L,，得到主轴跟踪误差控制器的对象特性：利用主轴跟踪误差控制器的对象特性设计得到主轴跟踪误差控制器，使主轴系统的旋 转扫描运动控制性能满足预先设定的扫描线性度要求。4. 根据权利要求1所述一种用于空间光学遥感器随动系统的同步控制方法，其特征在 于：所述步骤（3)利用预先给定的从轴系统的转动惯量J。、电机的电流力矩系数Km。、反电动 势系数Kb。、电阻R。和电感L。设计从轴跟踪误差控制器，使得从轴反射镜闭环性能G2与主轴 系统的闭环特性Gi相同，具体为： W从轴系统为被控对象，利用预先给定的从轴系统转动惯量J。，电机的电流力矩系数Km。，反电动势系数Kb。，电阻R。，电感L。，得到从轴跟踪误差控制器的对象特性：进一步得到从轴跟踪误差控制器的控制律由公式：给出，其中，Cl为主轴跟踪误差控制器，Pi为主轴跟踪误差控制器的对象特性，P2为从 轴跟踪误差控制器的对象特性。5.根据权利要求1所述一种用于空间光学遥感器随动系统的同步控制方法，其特征在 于：所述步骤（4) 为对象，设计两轴同步误差控制器C3,使得其跟踪"0"指令稳定， 具体为： 由从轴跟踪误差控制器的对象特性P2、从轴跟踪误差控制器的控制率C2、两轴的转速 比k2,得到两轴同步误差控制器的对象特性：利用两轴同步误差控制器的对象特性设计两轴同步误差控制器C3,使其跟踪0指令稳 定，且满足预先设定的系统两轴同步误差要求。
【专利摘要】一种用于空间光学遥感器随动系统的同步控制方法，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；设计主轴跟踪误差控制器，使主轴系统的旋转扫描运动控制性能满足预先设定的扫描线性度要求；设计从轴跟踪误差控制器，使得从轴跟踪误差控制器的闭环特性与主轴跟踪误差控制器的闭环特性相同；设计同步误差控制器，使两轴随动系统稳定跟踪0指令稳定，在同步误差控制器的输出端加上并减去主轴跟踪误差控制器的输出，构成同步控制闭环，完成对空间光学遥感器两轴随动系统的同步控制。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。
【IPC分类】G05B13/02
【公开号】CN104932251
【申请号】CN201510284674
【发明人】李婧, 康建兵, 林喆, 李寅龙, 陈子印, 郝中洋, 宋莉, 张超
【申请人】北京空间机电研究所
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年5月28日