實(shí)驗(yàn)名稱：集成電容傳感器的壓電致動(dòng)大角度FSM實(shí)驗(yàn)研究

研究方向：壓電快反鏡、基于動(dòng)力學(xué)模型輸入-輸出特性驗(yàn)證、基于電容傳感器反饋PID閉環(huán)控制驗(yàn)證、壓電致動(dòng)FSM靜動(dòng)態(tài)特性測(cè)試驗(yàn)證、變幅值/變頻率驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制效果驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>開(kāi)發(fā)集成電容傳感器反饋的壓電致動(dòng)大角度FSM原型并搭建對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試該FSM的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性（包括掃描角度、角度階躍響應(yīng)、角度分辨率、固有頻率等），驗(yàn)證所建立的動(dòng)力學(xué)模型對(duì)FSM輸入-輸出特性的表征有效性，同時(shí)驗(yàn)證基于電容傳感器反饋的閉環(huán)控制器在補(bǔ)償壓電陶瓷遲滯特性、提高掃描角度精度方面的效果，最終通過(guò)變幅值和變頻率驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)該FSM在光束調(diào)控技術(shù)領(lǐng)域的潛力和實(shí)用性。

測(cè)試設(shè)備：電壓放大器(Aigtek的ATA-2041)、集成電容傳感器反饋的壓電致動(dòng)大角度FSM原型、激光多普勒測(cè)振儀（Polytec，OFV-505/5000）、信號(hào)調(diào)理電路、計(jì)算機(jī)等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：先開(kāi)發(fā)尺寸為40mm×40mm×20mm的集成電容傳感器反饋壓電致動(dòng)大角度FSM原型，搭建實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，先對(duì)電容傳感器進(jìn)行標(biāo)定，再通過(guò)施加不同驅(qū)動(dòng)信號(hào)測(cè)試FSM的掃描角度、角度階躍響應(yīng)、角度分辨率及固有頻率等靜動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)驗(yàn)證了動(dòng)力學(xué)模型對(duì)變幅值和變頻率驅(qū)動(dòng)信號(hào)下輸入-輸出特性的表征有效性，最后搭建基于PID控制的閉環(huán)控制器并整定參數(shù)，針對(duì)變幅值（鋸齒波、階躍、方波）和變頻率（1Hz、10Hz、20Hz鋸齒波）驅(qū)動(dòng)信號(hào)開(kāi)展閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)，量化分析控制精度以驗(yàn)證閉環(huán)控制對(duì)遲滯特性的補(bǔ)償效果及FSM的實(shí)用潛力。

圖1：系統(tǒng)原理圖

圖2：實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

1、開(kāi)發(fā)出40mm×40mm×20mm的FSM原型，搭建含激光多普勒測(cè)振儀的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，電容傳感器標(biāo)定靈敏度為0.204°/mV。

2、120V驅(qū)動(dòng)下FSM最大掃描角度3.50°、分辨率10μrad、固有頻率210.7Hz，階躍響應(yīng)超調(diào)量40.57%、響應(yīng)時(shí)間2.2ms。

3、動(dòng)力學(xué)模型在變幅值和變頻率驅(qū)動(dòng)下，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合度高。

4、基于PID控制器的閉環(huán)控制有效補(bǔ)償遲滯，低頻率信號(hào)控制精度優(yōu)于高頻率。

圖3：角度大小實(shí)驗(yàn)中的時(shí)間響應(yīng)曲線和掃描角度遲滯環(huán)

產(chǎn)品推薦：ATA-2041

圖：ATA-2041高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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