音圈電機(jī)激光掃描器控制算法研究.pdf

1、快速控制反射鏡(FSM)是光學(xué)掃描器中的一種，一般分音圈電機(jī)或者壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)兩種類型。音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的快速控制反射鏡易于實(shí)現(xiàn)二維掃描，在激光掃描、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)、光電跟蹤等應(yīng)用領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛。然而音圈電機(jī)本身具有非線性和遲滯效應(yīng)，這大大影響了音圈電機(jī)的廣泛應(yīng)用，因此需要利用相應(yīng)的控制算法以改進(jìn)其性能。音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的激光掃描器采用閉環(huán)反饋控制方法以求獲得滿意的掃描性能。在各種閉環(huán)反饋控制算法中，傳統(tǒng)應(yīng)用于音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的光電精密跟蹤的改進(jìn)

2、型PID控制算法的方法，以及理想閉環(huán)特性(最佳二階特性)的逆向設(shè)計(jì)的方法能改進(jìn)系統(tǒng)性能，可以提高系統(tǒng)帶寬，但應(yīng)用在音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的激光掃描器上，掃描器不能穩(wěn)定工作，極易振蕩。所以，找出造成振蕩的原因，以及如何利用反饋回路適當(dāng)?shù)靥幚磉@一問題，以提高掃描器的性能是本論文研究的關(guān)鍵。
　　 論文詳細(xì)分析了造成振蕩的原因，發(fā)現(xiàn)由于受空間制約，音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的激光掃描器反饋回路的空間狹小，雜散光來回反射，造成高頻噪聲較大，傳統(tǒng)的控制方法中為減

3、少穩(wěn)態(tài)誤差而在算法中存在積分器，積分器對噪聲的積分造成積分飽和是振蕩的重要原因。掃描器結(jié)構(gòu)固定，大量噪聲存在不能避免，這就要求選用一種不用積分器，卻能減少穩(wěn)態(tài)誤差控制的方法。如果采用前饋復(fù)合控制方法，這種控制算法中不存在積分器，就可以避開振蕩因子，同時(shí)，其等效開環(huán)傳遞函數(shù)相當(dāng)于加入了積分器，這種等效積分器可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，解決了穩(wěn)態(tài)誤差和振蕩的矛盾。結(jié)合反饋回路噪聲大的特點(diǎn)，加入濾波器于反饋回路中，同時(shí)減小反饋系數(shù)，利用弱反饋控制的方法

4、，使得激光掃描器不僅能穩(wěn)定工作，消除了掃描時(shí)候的抖動(dòng)，同時(shí)諧振得到抑制，非線性和重復(fù)性得到較大改進(jìn)，帶寬得到擴(kuò)展。研究還發(fā)現(xiàn)在反饋回路上加濾波器的方法，會(huì)造成反饋回路噪聲的濾除和三角波波形的消減成為矛盾，濾波器截止頻率太高不能有效濾除噪聲，太低會(huì)使三角波波形的削減，濾波器的頻率必須隨著收入信號(hào)的頻率的改變而改變。仔細(xì)分析了造成振蕩的噪聲的形態(tài)，采用按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制方法，較大地削弱噪聲，不必加入濾波器，同時(shí)借用上面的輸入補(bǔ)償環(huán)節(jié)，提高

5、了系統(tǒng)等效開環(huán)傳遞函數(shù)的型別，避開了振蕩因子，同時(shí)又減小了穩(wěn)態(tài)誤差，進(jìn)一步解決了穩(wěn)態(tài)誤差和振蕩的矛盾。
　　 論文還仔細(xì)研究了在控制中起采樣和保持作用的AD和DA物理器件的傳遞函數(shù)對控制的影響，從連續(xù)系統(tǒng)過渡到數(shù)字系統(tǒng)，研究了數(shù)字控制方法，對音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的激光掃描器采用最少拍無紋波算法的嘗試。最后，在x維和y維方向?qū)崿F(xiàn)一維掃描控制，兩個(gè)方向線性度改進(jìn)較大，但在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)音圈電機(jī)實(shí)現(xiàn)二維掃描時(shí)候，掃描曲線出現(xiàn)分叉，效果不太理想，論