本發(fā)明公開了位置敏感探測器性能對激光追蹤測量系統(tǒng)跟蹤性能影響的分析方法，基于位置敏感探測器的性能分析，研究激光追蹤測量系統(tǒng)的跟蹤性能分析方法，根據(jù)激光追蹤測量系統(tǒng)伺服控制的模型，進(jìn)行位置敏感探測器的性能對激光追蹤測量系統(tǒng)的跟蹤性能影響規(guī)律的研究，建立激光追蹤測量系統(tǒng)利用PSD進(jìn)行跟蹤控制的測量系統(tǒng)。建立激光追蹤測量系統(tǒng)中PSD測量模型。在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下搭建激光追蹤測量的伺服控制系統(tǒng)模型。位置敏感探測器性能對激光追蹤測量系統(tǒng)跟蹤性能的影響分析。在激光追蹤測量系統(tǒng)中，位置敏感探測器檢測由于貓眼的運(yùn)動(dòng)引起的被貓眼反射光束的偏移量，將偏移量信號給電機(jī)來控制激光追蹤測量系統(tǒng)的萬向節(jié)式回轉(zhuǎn)軸系，實(shí)現(xiàn)跟蹤測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)跟蹤性能分析方法，特別是位置敏感探測器的性能對激光追蹤測量系統(tǒng)的跟蹤性能分析方法，屬于精密測量領(lǐng)域。

背景技術(shù)

激光追蹤測量技術(shù)作為高精密測量裝備的關(guān)鍵技術(shù)，在高端制造業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。激光追蹤測量系統(tǒng)利用位置敏感探測器(PositionSensitiveDetection,PSD)檢測由于貓眼的移動(dòng)引起的光束偏移，進(jìn)而通過電機(jī)控制萬向節(jié)式回轉(zhuǎn)軸系運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)光束保持對貓眼的跟蹤。

位置敏感探測器是一種高精度的二維位移傳感器，可以用于實(shí)現(xiàn)對空間目標(biāo)的快速響應(yīng)、高精度、平穩(wěn)的跟蹤測量。V.V.Nikulin等基于Lyapunov函數(shù)研制了自適應(yīng)跟蹤控制系統(tǒng)，結(jié)合位置敏感探測器實(shí)現(xiàn)了全局穩(wěn)定、魯棒性強(qiáng)的跟蹤控制性能。周維虎等提出了一種基于PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)矢量控制原理及SVPWM(SpaceVector Pulse Width Modulation)算法的精密伺服系統(tǒng)建模的方法，實(shí)現(xiàn)了激光跟蹤系統(tǒng)的高性能跟蹤控制測量。目前，對于位置敏感探測器的性能對激光追蹤測量系統(tǒng)的跟蹤性能影響的研究比較少。

為此，有必要發(fā)明一種位置敏感探測器的性能對激光追蹤測量系統(tǒng)的跟蹤性能的影響的分析方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于基于激光追蹤測量系統(tǒng)伺服控制的模型，進(jìn)行位置敏感探測器的性能對激光追蹤測量系統(tǒng)跟蹤性能的影響規(guī)律的研究。對提高激光追蹤測量系統(tǒng)的跟蹤性能具有重要意義。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：基于位置敏感探測器的性能分析，研究激光追蹤測量系統(tǒng)的跟蹤性能分析方法，根據(jù)激光追蹤測量系統(tǒng)伺服控制的模型，進(jìn)行位置敏感探測器的性能對激光追蹤測量系統(tǒng)的跟蹤性能影響規(guī)律的研究，包括以下步驟：

步驟一：建立激光追蹤測量系統(tǒng)利用PSD進(jìn)行跟蹤控制的測量系統(tǒng)。如圖1所示，由激光器發(fā)出的線偏振光經(jīng)過偏振分光鏡PBS后，p光經(jīng)過第一四分之一波片QW₁后得到圓偏振光，該光束為參考光束。而經(jīng)過偏振分光鏡PBS被反射的s光經(jīng)過第二四分之一波片QW₂后經(jīng)過透鏡，入射到標(biāo)準(zhǔn)球，反射后再次經(jīng)過QW₂，經(jīng)過PBS透射后，經(jīng)過第三四分之一波片QW₃得到圓偏振光。經(jīng)過分光鏡BS透射后被貓眼反射，再次經(jīng)過BS后被反射的光由PSD接收，PSD將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出后反饋給激光追蹤測量系統(tǒng)控制系統(tǒng)的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)跟蹤控制。

步驟二：建立激光追蹤測量系統(tǒng)中PSD測量模型。在激光追蹤測量系統(tǒng)中，貓眼對光后，經(jīng)過貓眼反射的光束經(jīng)BS反射到PSD的中心，PSD的光電處理電路輸出模擬信號為零。當(dāng)貓眼運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)貓眼的相對位移為e_r，則此時(shí)被貓眼反射的光束經(jīng)BS反射到PSD后偏離PSD中心距離為2e_r。設(shè)定(x₀,y₀)為照射到PSD上的入射光斑能量中心點(diǎn)坐標(biāo)，此時(shí)PSD的光電處理電路輸出模擬信號的電流分別為：

I_x＝(I₁+I₄)-(I₂+I₃)＝2x₀D G (1)