[发明专利]一种用于液晶光束偏转系统的控制器整定方法

说明书

本发明公开了一种用于液晶光束偏转系统的控制器整定方法。对基于液晶空间光调制器的二维光束偏转控制系统，需要通过频响仪将电极相位差信号输送给基于FPGA的HDMI驱动器。采用探测器PSD采集光束偏转脱靶量信号，将该信号反馈给频响仪。接着得到被控对象的传递函数。在设计PID控制器阶段，由于光束偏转系统的被控对象是基于带有延迟的一阶传递函数，采用Ziegler整定法的情况下，可以有效、快捷地设计出近似PID控制器，对于液晶光束控制系统的实际应用具有重要意义。

技术领域

本发明涉及光束偏转技术领域，具体的涉及一种用于液晶光束偏转系统的控制器整定方法，主要将频响仪、FPGA和PSD器件应于基于液晶空间光调制器的光束偏转系统，减小延迟时间，以提高系统带宽和跟踪精度。

背景技术

光束偏转技术是指对激光光束方向进行精确控制的技术，在激光通信、航天器、生物医学和军事等诸多领域有着广泛的应用背景。随着成熟的激光技术以及全球整体发展信息化，具有通信容量大、体积小、功耗低、保密性好等优点的空间激光通信技术得到重视。在空间激光通信技术中，通信终端的捕获、跟踪和瞄准(ATP)是其关键技术之一，也是建立可靠通信链路的重要保证。只有在建立起可靠的通信链路的基础上，系统才能进行可靠性高、抗干扰能力强的通信，由此星地光通信成为卫星对地大容量通信的最佳方案。对于距离较远、处于相对运动状态等实际情况，为了保证通信质量，对ATP技术的跟瞄精度要求非常高，是空间光通信的核心技术问题之一。传统机械式和半机械式ATP技术由于体积重量大、功耗较高、稳定性差、响应时间慢以及不易和驱动电路相结合等缺点，限制了机械式器件的控制性能。随着空间光学、信息光学的发展，以空间光通信、激光雷达、红外对抗、航天器、生物医学等为代表的应用领域对光束偏转技术在精确度、灵活控制、低功耗等方面的要求不断提高。

光学相控阵技术能够实现激光光束方向的可编程控制，可用于光束偏转，具有高扫描精度、随机偏转、响应速度快、功耗低、稳定性好等优点。其中基于液晶材料的光学相控阵技术是发展最迅速的非机械式光束偏转技术，利用液晶晶体在电场的作用下产生双折射的原理，通过控制电场强度实时、精确地改变相位，使光束在设定的方向上形成等相位波前，产生加强干涉，得到高强度的光束能量从而实现光束的电控扫描，不仅解决了激光束指向的快速、灵活控制等扫描问题，还使系统集成度更高、制造成本更低。在控制方面，由于液晶材料本身特性的限制，再加上常用的CCD探测器和外接HDMI图像显示器的延时，大大降低了系统带宽和跟踪精度，这远不能满足我们对跟踪性能的要求。同时，还需要测取被控对象的传递函数，并对该模型设计PID控制器。

发明内容

本发明一种用于液晶光束偏转系统的控制器整定方法，克服现有技术的不足，解决硬件上带来的延时影响，有效提高系统带宽和跟踪精度。

本发明采用的技术方案为：一种用于液晶光束偏转系统的控制器整定方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：建立二维光束偏转模型，生成相应的灰度相位调制图；

步骤二：搭建光束控制实验平台，通过基于FPGA的HDMI驱动器和计算机共同组成数据处理单元；

步骤三：通过频响仪将正弦形式的电极相位差输送给基于FPGA的HDMI驱动器，驱动器根据相位差生成连续相位调制图，再将相位调制图输入给液晶空间光调制器；

步骤四：利用光电位置敏感器件(PSD)采集光束偏转脱靶量，通过数据处理单元将输出信号，即连续脱靶量反馈给计算机，并通过频响仪对输入和输出信号做快速傅立叶变换得到幅频相频特性曲线；

步骤五：通过幅频相频特性曲线计算得出被控对象模型，通过Ziegler整定法对模型进行PID控制器设计。

进一步地，根据液晶靶面点阵式结构，结合微波相控阵原理，建立基于液晶的二维光束偏转模型。