安泰高压放大器在大口径压电倾斜镜的反作用力研究中的应用

实验名称：PFSM反作用力补偿消除的实验研究

实验目的：主要介绍了所研制配备反作用力补偿系统的320mm口径PFSM，通过搭建PFSM性能参数和补偿前后反作用力测试实验平台，在PFSM反作力动态耦合特性和补偿消除研究的基础上开展了相关实验研究。PFSM性能参数实验结果表明，所设计配备反作用力补偿系统的320mm口径PFSM满足设计指标要求。

测试设备：高压放大器、位置传感放大器、示波器、电子自准直仪和控制系统等组成。

实验过程：

搭建的PFSM反作用力测试实验平台，反作用力补偿系统对PFSM反作用力消除效果的测试原理如下图1所示。

图1：320mmPFSM反作用力补偿消除测试原理示意图

在驱动电压幅值为500V，驱动频率分别为50Hz、80Hz、100Hz和120Hz的工况下，补偿后残余反作用力的幅值分别为3.69N、5.14N、8.04N和11.13N，反作用力消除比例分别为82%、90.45%、89.78%和90.14%，补偿消除前后测试所得反作用力数据的对比如图5.17所示。图2（a）~图2（d）依次表示50Hz、80Hz、100Hz和120Hz驱动频率工况下的补偿前后测试反作用力对比，图例InitialReactionforce代表补偿前的反作用力数据，图例Reactionforceaftercompensation代表补偿消除后的反作用力数据值。

图2：不同驱动频率工况下补偿前后反作用力测试结果对比

实验结果：

图3：补偿前后反作用力测试结果的局部放大显示对比

在80Hz和100Hz驱动频率工况下，反作用力局部放大对比显示如图3所示。实验测试与基于压电耦合理论FE计算所得反作用力补偿消除比例的差值分别为17%（@50Hz）、4.95%（@80Hz）、4.825（@100Hz）和3.96%（@120Hz）。在低频驱动工况下，实验测试和FE计算反作用力补偿效果存在较大差异，主要原因为补偿后残余反作用力幅值较小，与反作用力测量系统中动态力传感器背景噪声反作用力存在较大的耦合干扰。随着驱动频率的提高，测试所得残余反作用力幅值增大，动力传感器背景噪声对反作用力的耦合干扰影响降低，实验测试与FE计算的反作用力补偿消除比率基本相同。高频驱动工况下实验测试和FE计算存在的微小差异，主要由反射镜装置和反作用力补偿系统中心柔性铰链的加工精度误差、驱动器制作差异和装配误差等引起。

反作用力补偿实验测试结果表明，反作用力补偿系统可有效消除PFSM反作用力。因此，所设计的大口径PFSM反作用力补偿结构是有效的，所建立的反作用力补偿动态平衡条件是正确的。

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审核编辑 黄宇