快反镜桌面实验报告

快反镜桌面实验报告版本V1020140623实验编号及实验名称快反镜桌面实验报告实验地点226伺服实验室实验日期201410201411实验人员伺服组实验时间持续实验环境条件（温度、湿度、大气条件等）常态，室温一、实验背景为实现激光通信端机的高精度对准及跟踪，需要采用快速反射镜参与系统的二级跟踪。分别采购了PI的快速偏摆镜和驱动器（共三套，一套大盒，能够实现简单波形控制，两套小盒，为模拟量驱动，二者都需要外部控制器提供10V电压，构成控制回路）。采购NI的控制箱，使用其24位AD/DA板卡，实现对快反镜反馈信号的采集，和为快反镜提供控制所需要的电压量。在NI的RT系统中，搭建PID控制算法模块，采用模拟数字量的控制方式，实现快反镜控制系统实验。二、实验目的搭建快速反射镜桌面实验系统，验证快速反射镜控制器驱动器执行机构反馈回路闭环控制系统，在NI控制机箱上进行快速反射镜控制算法搭建，验证控制算法精度。三、实验原理快速反射镜跟踪实验原理高精度高带宽的二维快速反射镜（FSM）二级精跟踪系统采用四相探测器（QD）作为精跟踪位置传感器进行脱靶量探测，系统工作在闭环方式下，根据位置敏感探测器检测到的位置信号控制快速反射镜，从而构成精跟踪环，在一定的视场内可以实现对目标的快速、精确的跟踪对准。QD处理电路DSP控制电路驱动电路QD检测FSM激光束在实验室的桌面试验中，没有QD检测环节，故，实验采用模拟脱靶量进行实验（引导实验）。在NI系统中给系统拟定一条数字量输入正弦信号曲线，来模拟位置引导，设计PID及扩展PID等控制算法，对输入信号进行校正，产生输出控制信号，经过DA板卡，产生控制模拟量给驱动器，使用AD板卡检测反馈电压信号，并构成闭环系统（引导与反馈的差值即为模拟脱靶量），记录输入和反馈信号的曲线，计算二者的偏差，即为整个控制回路的控制误差。测试仪器原理本实验的测试仪器工作原理如下快速反射镜驱动器所需的控制模拟量及对驱动器反馈的采样均由PXI机箱上的NIPXI4461板卡完成。数据的采集、计算机输出均在LABVIEWRT系统中完成，LABVIEWRT系统运行在NIPXI机箱中，LABVIEW程序由上位机下载到PXI机箱中，实验实时测试的数据由PXI机箱传输回上位机显示。四、实验环境（包含使用软件、实验设备、主要仪器及材料等）实验设备及器件快速反射镜及驱动器快速反射镜、驱动器、电源及接线盒NI控制机箱软件LABVIEW五、实验步骤（包含简要的实验步骤流程）1PXI4461自发自收测试实验编写目的测试PXI4461数据采集卡的性能程序功能A）设置PXI4461的工作模式及其他参数；B）利用WHILE循环计数生成周期点数、幅值可调的正弦信号；C）通过DA输出正弦信号，并利用AD进行采样；D）加入了波形检测更新值及采样均值两种AD数据的处理方法；E）实时计算输入输出数据的误差，并在波形图上显示输入输出数据曲线。硬件连接AO（01）与AI（01）直接通过BNC线缆连接。前面板介绍如ERRORREFERENCESOURCENOTFOUND所示，该程序的前面板主要分为以下几个区域DAQ卡参数设置区；AD采集数据波形图表显示区；输入输出波形图显示区；程序帧频显示及停止按钮；正弦波参数设置及显示区；AD采集参数计算显示区；AD采集数据处理模式选择按钮。24BIT自发自收程序前面板后台程序介绍如下图所示，该程序的前面板主要分为以下几个区域AI通道参数初始化；AO通道参数初始化；正弦波生成；AO数据发送；AI数据接收及数据处理；误差计算及显示；AIAO通道停止处理及错误提示。24BIT自发自收程序后台2谐振测试实验编写目的测试PI快反镜（小盒）带载后的谐振特性（单轴）程序功能A）设置PXI4461的工作模式及其他参数；B）设置PXI4461利用板载FIFO生成高速、高质量、频率幅值等参数可调的正弦波；C）扫频生成正弦波的频率从1HZ1300HZ自动递增。D）实时显示输入与输出波形的波形图表；E）实时显示测量反馈值的幅值及除20LOG处理后数值的波形图；F）实时存储测试过程中的关键数据。硬件连接AO（0）1X_IN；AI（0）1X_MONITOR；AO（1）1Y_IN；AI（1）1Y_MONITOR。前面板介绍BELOW所示，该程序的前面板主要分为以下几个区域DAQ卡参数设置区；AO波形参数设置区；输入输出波形图表显示区；实测反馈量幅值及幅值变换显示区；数据存储及扫频控制区。谐振测试程序前面板后台程序介绍如BELOW所示，该程序的前面板主要分为以下几个区域AO通道参数初始化；AI通道参数初始化；正弦波参数设置及发送；AI数据接收；AI数据处理；扫频；数据存储；停止及DAQ卡关闭。谐振测试程序后台3控制对象测试编写目的测试被控对象的参数特性，以便于对控制对象的建模与仿真。程序功能A）设置PXI4461的工作模式及其他参数；B）设置被测对象的起始电压及运动后的目标电压；C）自动将电压置为起始电压，50MS后输出目标电压；D）实时显示测试对象的输入波形图表；E）存储测试过程中被测对象反馈的20K个采样数据点。硬件连接AO（0）1X_IN；AI（0）1X_MONITOR；AO（1）1Y_IN；AI（1）1Y_MONITOR。前面板介绍BELOW所示，该程序的前面板主要分为以下几个区域DAQ卡参数设置区；反馈输入波形图表显示区；测试区间参数设置区；数据存储控制区。控制对象测试程序前面板后台程序介绍BELOW所示，该程序的前面板主要分为以下几个区域AI通道参数初始化；AO通道参数初始化；初始电压设置及发送；延时等待；目标电压设置及发送；数据采集、计算与显示；数据存储；停止及DAQ卡关闭。控制对象程序后台4快反PID控制程序编写目的对快反进行闭环控制，达到精确跟踪的目的。程序功能A）设置PXI4461的工作模式及其他参数；B）利用WHILE循环计数生成周期点数、幅值可调的正弦引导信号；C）将快反开环下的控制电压（010V）与反馈电压（10V）做对准（010V）；D）通过PID算法，利用反馈信号做闭环，精确控制快反镜按模拟引导数据运动；E）实时采集反馈信号，并做波形处理及数据均值处理F）实时计算目标值与反馈值的误差并显示G）实时存储相关数据。硬件连接AO（0）1X_IN；AI（0）1X_MONITOR；AO（1）1Y_IN；AI（1）1Y_MONITOR。前面板介绍BELOW所示，该程序的前面板主要分为以下几个区域DAQ卡参数设置区；AD采集数据波形图表显示区；输入输出波形图显示区；程序帧频显示及停止按钮；正弦波参数设置及显示区；PID参数设置及AD采集参数计算显示区；AD采集数据处理模式选择按钮。控制对象测试程序前面板后台程序介绍如ABOVE所示，该程序的前面板主要分为以下几个区域AI通道参数初始化；AO通道参数初始化；模拟引导数据生成；PID控制计算及控制信号输出；AI数据接收及数据处理；控制对象程序后台六、实验数据（包括程序或图表、结论陈述、数据记录及分析等，可附页）1谐振测试结果02004006008001000120014001510505101520LOGAM/A方位谐振频率测试，幅值为5V，控制频率为20KHZ，谐振点为1155HZ0200400600800100012001400201510505101520LOGAM/A俯仰谐振频率测试，幅值为5V，控制频率为20KHZ，谐振点为960HZ2控制对象特性由于被控对象反馈值为10V10V，而控制电压为010V，在进行PID控制算法调试时，使用数字量（216）进行控制计算，事前测得控制对象的放大倍率和响应时时间，拟合被控对象特性，在MATLAB里进行控制仿真，测试结果如下所示采样点相应时间MS放大倍率32770000475026023802365540000925048501373298310001835064403112613108000200507408681721638500014908116570031966200024650867765232229390002780914686778262160003370953844982949300032609922693523277000034610261824843604700036310573695453932400040910889024514260100043351114950353458780004591139238851491550005051162201252432000532118528761155709000521205065609589860005525115849523662263000567510975218033PID控制实验1）幅值为5V正弦，采样500点（信号频率1HZ）,跟踪误差12414817219611201144116811921216124012641288131213361360138414081432115105005115误差微弧度误差微弧度2）幅值为5V正弦，采样200点（信号频率25HZ）,跟踪误差11182353524695867038209371054117112881405152216391756187319902107222423413210123误差微弧度误差微弧度3）幅值为5V正弦，采样100点（信号频率5HZ）,跟踪误差1641271902533163794425055686316947578208839461009107211351198126113241387145015131050510误差微弧度误差微弧度4）幅值为5V正弦，采样50点（信号频率10HZ）,跟踪误差170139208277346415484553622691760829898967103611051174124313121381145015191588165715105051015误差微弧度误差微弧度5）幅值为5V正弦，采样25点（信号频率20HZ）,跟踪误差143851271692112532953373794214635055475896316737157577998418839259673020100102030误差微弧度误差微弧度6）幅值为8V正弦，采样800点（信号频率0625HZ）,跟踪误差120641161682110261231143616411846205122562461266628713076328134863691389641014306451115105005115误差微弧度误差微弧度7）幅值为8V正弦，采样500点（信号频率1HZ）,跟踪误差13436851027136917112053239527373079342137634105444747895131547321012误差微弧度误差微弧度8）幅值为8V正弦，采样200点（信号频率25HZ）,跟踪误差110320530740951161371581791910211123122513271429153116331735183719396420246误差微弧度误差微弧度七、实验结论71本次实验结果分析PID控制实验精度总结1）幅值5V，均方根误差采样点数2550100200500频率HZ20105251RAD187751577307513677106182622506887452幅值8V，均方根误差采样点数200500800频率HZ2510625RAD2835684109340107233973幅值5V，峰峰值误差，隔离度采样点数2550100200500频率HZ20105251RAD524568321337841020494836494198796隔离度DB2560396