红外与激光工程, 2020, 49 (7): 20190479, 网络出版: 2020-08-19 复制并引用该论文  本文已被引 3 次  被引通知

图 & 表

图 1. 快速反射镜的结构组成

Fig. 1. Structure component of fast steering mirror

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图 2. 柔性支承结构

Fig. 2. Structure of flexible support

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图 3. 柔性铰链结构与受力示意图

Fig. 3. Structure and force diagram of flexible hinge

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图 4. 音圈电机驱动与负载模型

Fig. 4. Voice coil motor driving and load model

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图 5. 快速反射镜开环控制框图

Fig. 5. Open loop control diagram of fast steering mirror

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图 6. 音圈电机输出力到反射镜位置转角频率响应特性

Fig. 6. Frequency response characteristics of the output force of voice coil motor to the position of mirror

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图 7. 开环频率响应特性

Fig. 7. Open-loop frequency response characteristics

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图 8. 闭环控制系统频率响应特性

Fig. 8. Frequency response characteristics of closed loop control system

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图 9. 闭环控制系统阶跃响应曲线

Fig. 9. Step response of closed loop control system

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图 10. 摆动部分有限元分析结果

Fig. 10. Finite element analysis result of swing part

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图 11. 运动方向频率响应特性

Fig. 11. Frequency response characteristic of motion axis

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图 12. 控制信号

Fig. 12. Control signal

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图 13. 摆动部分运动学模型

Fig. 13. Kinematics model of swing parts

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图 14. 反射镜输出转角信号

Fig. 14. Output angle signal of mirror

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表 1快速反射镜设计指标

Table1. Design index of fast steering mirror

Index Parameter Size Φ100 mm×7 mm Angle range ±10 mrad Closed-loop bandwidth 200 Hz Positioning accuracy 5 μrad

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表 2摆动部分材料属性

Table2. Material properties of swing parts

Parts Name of material Density/ kg∙mm−3 Young's modulus/GPa Poisson rate Mirror Aluminium alloy 2.7e−6 71 0.33 Flexible support Titanium alloy 4.48e−6 110 0.34 Coil stator Copper 8.9e−6 8.9e−6 0.37 Mirror frame Aluminium alloy 2.68e−6 69 0.33

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表 3快速反射镜摆动组件的质量属性

Table3. Mass properties of swing part of fast steering mirror

Total mass/kg Moment of inertia ofx axis/kg∙mm−2 Moment of inertia ofy axis/kg∙mm−2 0.388 489.091 489.091

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表 4音圈电机性能参数

Table4. Performance parameters of voice coil motor

Performance parameter Symbol Value Unit Direct current resistance R 3.7 Ω Inductance L 1.0 mH Back potential constant ke 3.5 V/m·s−1 Force constant kf 8.9 N/A Sustained thrust Fc 16.3 N Peak thrust Fp 44 N Total travel S ±2 mm Coil side clearance Cl 0.4 mm Coil assembly weight mc 45 g Magnetic steel component weight mf 225 g

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表 5柔性铰链结构参数

Table5. Structure parameters of flexible hinge

Structure name Symbol Value Unit Cutting radius R 3 mm Thickness t 1 mm Width b 7 mm

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艾志伟, 嵇建波, 王鹏举, 李静, 周皓阳. 两轴柔性支承快速反射镜结构控制一体化设计[J]. 红外与激光工程, 2020, 49(7): 20190479. Zhiwei Ai, Jianbo Ji, Pengjv Wang, Jing Li, Haoyang Zhou. Integrative design of structure control for two-axis fast steering mirror with flexible support[J]. Infrared and Laser Engineering, 2020, 49(7): 20190479.