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车载激光通信光端机结构及控制系统设计

作　者: 南世君
导　师: 张立中
学　校: 长春理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 大气激光通信 光端机 结构设计 ANSYS 伺服控制
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文是一个集机、电为一体的综合性工程课题。本文在对大气激光通信和车载稳定跟踪平台充分调研基础上,针对载体上光电跟踪系统的特点,对光端机的结构设计和伺服控制进行了较为全面的介绍。根据转台主要性能指标对结构的要求,以及为了减少或避免车体振动和风扰力矩对伺服系统的影响,本系统将光端机设计成为两轴两框架的结构,用三维设计软件Solidworks建立了光端机模型并用ANSYS进行静态、动态的有限元分析；在系统结构建模、轴系设计、元部件选型计算等方面进行详细分析和设计的基础上,给出了基于高速DSP处理器的多环伺服控制策略,实现了系统的快速稳定性要求。最后,本文对车载光端机的跟踪精度和性能测试进行了室内和室外实验,验证了跟踪精度满足系统要求,并对跟踪精度检测系统进行了详细的误差分析。经过理论分析和实验验证,车载激光通信光端机的结构和伺服控制设计是合理的,跟踪精度也能达到指标要求。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 引言  8-9
  1.2 车载大气激光通信系统的研究概况  9-12
    1.2.1 国外静态大气激光通信发展现状  9
    1.2.2 国外动态大气激光通信发展现状  9-12
    1.2.3 国内大气激光通信发展现状  12
  1.3 车载稳定跟踪平台国内外研究现状  12-14
  1.4 本文主要研究内容及安排  14-15
第二章 车载激光通信及其APT技术  15-19
  2.1 车载激光通信系统总体设计  15
  2.2 车载激光通信系统组成及作用  15-16
  2.3 车载激光通信系统工作过程  16-18
  2.4 本章小节  18-19
第三章 车载光端机机械结构设计  19-43
  3.1 车载光端机技术指标  19
  3.2 车载光端机总体结构设计  19-28
    3.2.1 结构方案  19-21
    3.2.2 系统建模  21-22
    3.2.3 系统材料的选择  22-23
    3.2.4 方位轴系设计  23-24
    3.2.5 俯仰轴系设计  24-25
    3.2.6 轴系精度的分配与分析  25
    3.2.7 轴系结构元件设计  25-28
  3.3 系统有限元分析  28-36
    3.3.1 车载光端机有限元分析  28-35
    3.3.2 光学基台有限元分析  35-36
  3.4 桅杆结构设计与分析  36-41
    3.4.1 桅杆结构设计  37-38
    3.4.2 桅杆模态分析  38-39
    3.4.3 桅杆结构谐响应分析  39-40
    3.4.4 桅杆受力分析  40-41
  3.5 本章小节  41-43
第四章 伺服控制系统设计  43-52
  4.1 伺服控制系统总体方案设计  43
  4.2 伺服控制系统组成及原理  43-44
  4.3 主要元器件的选择  44-46
    4.3.1 测角传感器  44-45
    4.3.2 速率陀螺  45-46
  4.4 驱动电路设计  46-47
  4.5 控制系统建模  47-49
    4.5.1 电机模型  47-48
    4.5.2 功放电路模型  48-49
    4.5.3 A/D变换器模型  49
    4.5.4 陀螺仪模型  49
  4.6 稳定环控制系统参数设计  49-50
  4.7 稳定控制回路设计  50-51
  4.8 本章小节  51-52
第五章 车载激光通信光端机测试实验  52-58
  5.1 实验目的  52
  5.2 实验设备  52
  5.3 车载光端机跟踪精度测试与性能测试  52-55
    5.3.1 光端机室内跟踪精度测试  52-53
    5.3.2 光端机室外性能测试与演示验证实验  53-55
  5.4 跟踪精度检测系统误差分析  55-57
    5.4.1 机械调整误差  56
    5.4.2 CCD相机成像误差  56
    5.4.3 光路误差  56-57
    5.4.4 振动误差  57
    5.4.5 其它随机误差  57
  5.5 本章小节  57-58
结论  58-59
致谢  59-60
参考文献  60-61

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 光波通信、激光通信
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