[发明专利]一种快速反射镜带宽计算方法及仿真计算模型

说明书

本发明公开了一种快速反射镜带宽计算方法，包括如下步骤：确定设计输入量、输入设计输入量、对设计输入量进行分析和计算、输出不同偏转范围下，快速反射镜的带宽；依赖于simulink仿真平台进行，利用simulink来搭建计算模块，利用simulink的自定义模块Matlab Function编写代码，分步实现算法的功能，封装成框图的形式以供调用。本发明具有以下优点：带宽仿真计算模型能够适用于大负载快速反射镜情况；带宽仿真计算模型计算结果贴合实际应用；带宽仿真计算模型结构简单、实用，计算效率高；可以满足不同偏转范围情况下的带宽计算要求。采用该计算方法后，能够在各个偏转范围情况下，使得带宽尽量达到最大；相比不同范围，同一带宽情况，应用效果会更好。

技术领域

本发明涉及快速反射镜技术领域，具体涉及一种快速反射镜带宽计算方法及仿真计算模型。

背景技术

压电陶瓷式的快速反射镜具有高分辨率、高精度的特点，在光束控制领域得到了广泛的应用，但由于现有的快速反射镜镜片质量都较小，约20g～100g，快速反射镜的带宽都是基于小负载、小偏转范围情况下进行的仿真计算，快反镜能够绕X轴、Y轴进行旋转，小偏转范围即绕X、Y轴旋转的角度小于1mrad～2mrad。而随着快速反射镜应用的进一步推广，高带宽、大负载、大偏转范围快速反射镜的需求逐步加强，高带宽即绕X轴、Y轴旋转运动能够达到很高频率，通常上百赫兹；大负载即快反镜片重量能够达到200g～500g，大偏转范围即绕X、Y轴旋转的角度达到3mrad～5mrad。但并没有一种有效的计算方法来推导出偏转范围与带宽的关系，这极大地影响了快速反射镜的应用以及快速反射镜伺服精度的提高。

发明内容

针对现有技术的缺陷和迫切需求，本发明提供了一种快速反射镜带宽计算方法，能够快速准确的计算出大负载情况下，不同偏转范围对应的快速反射镜带宽，所述的快速反射镜包括快速反射镜致动器、快速反射镜驱动控制器、快速反射镜片，所述的快速反射镜致动器包括压电陶瓷、位移放大机构、柔性铰链和外壳，所述的快速反射镜带宽计算方法包括如下步骤：

步骤一、确定设计输入量：快速反射镜片质量、快速反射镜转动惯量、快速反射镜偏转范围、压电陶瓷输出力、压电陶瓷输出位移、快速反射镜驱动控制器最大输出功率；

步骤二、输入步骤一确定的设计输入量；

步骤三、对步骤二输入的设计输入量进行分析和计算；

步骤四、输出不同偏转范围下，快速反射镜的带宽。

优选地，依赖于simulink仿真平台进行，利用simulink来搭建计算模块，利用simulink的自定义模块Matlab Function编写代码，分步实现算法的功能，封装成框图的形式以供调用，所述的步骤一、步骤二、步骤三中的设计输入量确定、输入以及输入后的分析和计算具体步骤为：

以快速反射镜片的质量为输入，以快速反射镜谐振频率为输出，快速反射镜片的质量与谐振频率存在如下关系：

式中，m₁、m₂为快速反射镜片质量，单位为kg；m₀为压电陶瓷质量，单位为kg；f₁、f₂为质量m₁、m₂的快速反射镜所对应的谐振频率，单位为Hz；

以快速反射镜的谐振频率为输入，以快速反射镜最高带宽为输出，为了完全避开谐振带，系统的所有结构谐振频率都应远高于其控制系统的控制带宽，一般情况下要求：

f₁＞(2-4)f_c

式中，f₁为结构的一阶谐振频率，单位为Hz；f_c为系统要求的工作带宽，单位为Hz；