[发明专利]一种膜基反射镜面形控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种膜基反射镜(membrane mirror)面形控制系统及其控制方法，用于实现膜基反射镜面形的实时控制与修正。

背景技术

随着对空间光学系统的分辨率、覆盖范围等指标要求的不断提高，迫切需要研制超大口径(口径10米，甚至达到100米)、超轻型的空间望远镜主镜。若采用传统光学制造技术，随着主镜口径的增大，其加工难度和成本均将急剧增大，且其体积和质量将受火箭运载能力的限制，因此，人们已经开始寻求其他方法来代替传统技术。超薄拼接技术、稀疏孔径技术和膜基反射镜技术便是基于上述背景提出的。其中利用柔性薄膜制作的膜基反射镜，具有面密度低、可折叠和展开、制造成本低等特点，是未来超大口径、超轻型空间望远镜主镜的主要发展方向之一。而膜基反射镜的成形方法和面形控制则是研制膜基反射镜的关键技术之一。

现有控制膜基反射镜的成形方法主要有充气法、吊线成形法、预成形法以及静电法。静电法是指在膜基反射镜上施加静电载荷，通过改变外加静电场的大小而使膜基反射镜面形发生改变的方法。文献“Stretched Membrane withElectrostatic Curvature(SMEC)Mirrors：A new technology for largelightweight space telescopes”[Proc.of SPIE 4849，356-364(2002)]公开了一种通过静电成形法的膜基反射镜技术，它具有结构简单、易于实现面形的控制等特点，是目前最具应用前景的膜基反射镜成形方法之一。

现有膜基反射镜技术主要致力于膜基反射镜成形方法的研究，而对膜基反射镜面形控制方法的研究尚欠缺。文献“Push-pull membrane mirrors foradaptive optics”，[Opt.Express 14，11935-11944(2006)]和“Membranedeformable mirror for adaptive optics：performance limits in visual optics，”[Opt.Express 11，1056-1069(2003)]公开了自适应光学领域中变形镜的面形控制方法，借鉴该方法通过建立影响函数和面形精确控制数学模型，可望用于膜基反射镜面形的控制。但该方法在实际用于膜基反射镜面形控制的过程中，有以下两个严重缺陷：一是面形影响函数的建立过程非常复杂与困难，很难得到精确的面形影响函数；二是膜基反射镜是一个不确定的、非线性复杂系统，得到其精确的数学控制模型亦非常困难。基于上述两点原因，借鉴自适应光学中的变形镜技术难以达到膜基反射镜面形控制的设计要求和预期效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种控制结构简单、方便、快捷，且能准确控制膜基反射镜面形控制系统与控制方法。

本发明所采用的技术方案是：提供一种膜基反射镜面形控制系统，它包括：标准面形设计模块、仿真分析模块、面形监视模块、模糊逻辑控制模块、面形控制促动器和面形反馈模块；

所述的标准面形设计模块用于设计和存储标准反射镜面形数据；

所述的仿真分析模块包括有限元分析器和数据输入/输出接口单元，它与标准面形设计模块、模糊逻辑控制模块和面形监视模块相连接，用于膜基反射镜面形控制的仿真分析；

所述的面形监视模块用于跟踪监视膜基反射镜面形的实时控制，提供标准面形与实测面形的信息；

所述的模糊逻辑控制模块包括模糊逻辑控制器、模糊逻辑控制器知识库、模糊规则编辑器和数据输入/输出接口单元，它与标准面形设计模块、仿真分析模块、面形控制促动器和面形反馈模块相连接，用于将标准面形设计模块中设计的标准面形和面形反馈模块的实测面形数据进行比较，结果输入模糊逻辑控制器，经数据处理后，输出膜基反射镜成形所需的电压信号，驱动面形控制促动器；

所述的面形控制促动器包括由计算机控制的高压静电发生装置和环状电极板，电极板位于膜基反射镜的镜面之后，高压静电发生装置产生的静电高压输出至电极板，镀有金属反射层的膜基反射镜接地；

所述的面形反馈模块包括波前传感器及其数据处理单元，用于探测膜基反射镜的实时面形。

所述的面形监视模块包括：中心截面比较显示单元、三维面形显示单元及干涉图样和波面显示单元，用于中心截面曲线及其误差曲线、实时三维面形、波前干涉图、波前误差三维图、PV值以及RMS值的信息显示。