第一章绪论1.1课题背景及意义光电捕获（Acquisition）、跟踪（Tracking）、瞄准（Pointing）ATP系统被广泛运用于对地观测，天文观测，目标自动捕获跟踪、以及空间光通信等领域，同时应用环境也被拓展到各种平台上，除了地基外，还包括车载、舰载、机载以及空天。近年来，随着人类对于空间探索的需求变大，各国都投入了大量的人力与物力来研究开发先进的精密光电设备，作为ATP系统中粗跟踪部分的二维摆镜技术也得到了极大的发展。更短的响应时间和更高的跟踪精度一直是精密控制领域追逐的目标。对于现有的光电系统来说，即便是地基的摆镜系统同样也存在复杂的扰动，摩擦，死区。而动平台光电跟踪系统的视轴稳定技术也是如今光电跟踪精密控制领域的一个难点。这些关键技术的突破都能使得我国光电精密跟踪技术领域向前推进缩小与先进国家的差距。在二维摆镜控制系统中，进一步提高跟踪精度的途径有两个。一是寻找更高精度的控制算法，建立更加完善的系统模型，这些从传统控制算法演变而来来的模糊控制，自适应控制算法，最优控制，预测控制等。这些算法在一定条件下对控制对象的一些性能是有一定的提升，但这些方法或是对对象模型建立要求较高，或是运算复杂度较大，难以满足实时性的要求。二是从执行机构和检测机构入手，旋转音圈电机是一种具有无铁芯结构的直驱电机，无齿槽，能线性控制，这就使得以旋转音圈电机驱动的二维摆镜在执行机构这一部分不会给系统带来更多的误差。随着技术的进步和发展，摆镜控制系统逐渐更加的复杂，对控制要求也在不断的提高包括系统的精度、响应时间、鲁棒性。换句话说，希望系统在有较高跟踪精度的同时也希望系统具有较强的抗扰动能力。另外系统的稳定输出也是有较高要求的。旋转音圈电机其突出的性能在二维摆镜系统中可以对传统的机械传动不利因素比如机械谐振、推力不稳、力矩不平衡等有很好的克服作用。同时在复杂环境下，旋转音圈电机因为其驱动较为简单，所以具有高性能的闭环二维摆镜控制系统，能极大的解决响应速度和跟踪精度这样的对立问题。而旋转音圈电机的发展随着电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术的进步，旋转音圈电机电机也进入了一个全新的阶段。本课题的主要研究目的是设计一款由旋转音圈电机驱动的二维摆镜控制系统，本文首次将二维摆镜的结构特性与旋转音圈电机的性能特性相结合预计将整套控制系统的控制精度与控制带宽都能相应有所提升。1.2国外二维摆镜跟踪技术的发展现状光电跟踪系统应用星间、星地的激光通信领域。国外的星地激光通信试验已经开展了30至40年，并且有大量的试验都已经取得了成功，与之相应的光电跟瞄系统技术也发展的较为成熟，技术难点被相应的攻破同时关键技术也都被一一掌握。因此发展自身的光电跟踪技术同时学习国外的经典二维摆镜跟踪控制技术非常有必要。上世纪七八十年代欧洲的欧空局、日本的空间中心以及美国NASA等在空间通信领域领先的国家已经着手空间光通信的试验，并实现了通信终端LEO与GEO与地面通信终端三者间的交叉通信，并由此向更加通用的领域发展，这极大的刺激国内该领域的发展。国外主要研究项目有：欧空局的SILEX计划、日本的OICETS计划、美国的STRV-2计划、德国的TerraSAR-X激光通信终端等。SILEX计划SILEX空间光通信，包括两颗独立的通信终端。终端之一搭载在法国SPOT4上送入太空中并成功并入832Km太阳同步轨道，在2001年欧空局将第二颗终端被ARTEMIS成功送入地球同步轨道。于同年11月进行了空间光通信试验，SPOT4将光信号发送给ARTEMIS，随后在通过该同步卫星将信号发送回地面接收实现星间的激光通信，如图1.1所示。并且与2006年12月完成ARTEMIS与飞机之间的无限激光通信。终端采用L型结构并且采用复合轴控制模式。粗跟踪以CCD为位置传感器，像素尺寸约为30，不确定区域为8，负载部分总重量为75Kg，转动惯量为5，执行电机采用的是步进电机。而精跟踪部分则采用14*14的CCD，同时数据传输可以达到8k，执行电机为音圈电机。图1.1SILEX示意图（2）日本OICETS卫星计划日本OICETS计划始于上世纪八十年代中期，九十年代初正式可用于试验的星间通信系统，九十年代中期完成前期计划并着手...
