技術(shù)特征：

1.一種干涉型傅立葉變換光譜儀擺臂運動控制系統(tǒng)，其特征在于包括：半導體激光器、激光探測器1、激光探測器2、微弱信號放大電路、移相電路、過零檢測電路、可逆計數(shù)器電路、角速度計算模塊、規(guī)劃運動曲線模塊、數(shù)字控制器、電機驅(qū)動電路、地面檢測設備；

半導體激光器發(fā)出激光光束，進入傅立葉變換光譜儀光學系統(tǒng)后分為兩路，分別為P光和S光。

激光探測器1、激光探測器2接收P光和S光，分別對P光和S光進行光電轉(zhuǎn)換，生成兩路正交的干涉信號，分別為正弦電信號和余弦電信號送至微弱信號放大電路，正弦電信號和余弦電信號為毫伏級；

微弱信號放大電路對正弦電信號和余弦電信號進行放大，將毫伏級信號放大至伏級送至移相電路；

移相電路將放大后的正弦電信號和余弦電信號相位調(diào)整到相差90°后，作為相移電路的輸出送至過零檢測電路；

過零檢測電路，將移相電路輸出的正弦電信號和余弦電信號均變?yōu)榉讲娦盘?和方波電信號1，方波電信號1和方波電信號2相位相差90°，記作A脈沖和B脈沖。將A脈沖和B脈沖送至可逆計數(shù)器電路；

可逆計數(shù)器電路，能夠檢測出A脈沖和B脈沖的相位關(guān)系及A脈沖的上升沿，在擺臂往復運動時，對A脈沖的上升沿數(shù)量進行加減計數(shù)；將計數(shù)結(jié)果作為擺臂實時位置送至角速度計算模塊和數(shù)字控制器；

角速度計算模塊，對輸入的擺臂實時位置進行微分運算，得到擺臂的角速度送至數(shù)字控制器；

地面檢測設備，能夠發(fā)送擺臂運動模式指令，包括：速度切換指令和修零偏指令，將擺臂運動模式指令送至規(guī)劃運動曲線模塊；速度切換指令能夠改變擺臂運動速度；修零偏指令能夠改變擺臂運動的機械零位位置；

規(guī)劃運動曲線模塊，根據(jù)擺臂運動模式指令，確定擺臂位置隨時間變化的曲線，將該曲線送至數(shù)字控制器；

數(shù)字控制器，根據(jù)可逆計數(shù)器電路輸出的擺臂實時位置、角速度計算模塊輸出的擺臂角速度和規(guī)劃運動曲線，確定音圈電機的控制量，該控制量為PWM信號，送至電機驅(qū)動電路；

電機驅(qū)動電路，將數(shù)字控制器輸出的PWM信號進行功率放大后送至音圈電機，控制音圈電機帶動擺臂轉(zhuǎn)動。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干涉型傅立葉變換光譜儀擺臂運動控制系統(tǒng)，其特征在于：微弱信號放大電路包括運算放大器、電阻R1、電阻R2、電容C1。

外部激光探測器負端接地，正端送給運算放大器LF156的輸入負端作為微弱信號放大電路的輸入端，運算放大器LF156的輸入正端連接電阻R1的一端。電阻R1的另一端接地；電阻R2和電容C1并聯(lián)網(wǎng)絡的一端接運算放大器LF156的輸入負端，另一端接運算放大器的輸出端；運算放大器的輸出端作為微弱信號放大電路的輸出端，運算放大器LF156的電源端接電源VCC，運算放大器LF156的接地端接地；

微弱信號放大電路計算公式為：

微弱信號放大電路的輸出端V_out＝I_in*R2 公式(1)

式中，I_in為激光探測器輸出電流。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干涉型傅立葉變換光譜儀擺臂運動控制系統(tǒng)，其特征在于：移相電路，包括運算放大器、可調(diào)電阻R4、電阻R3、電阻R5、電容C2；

可調(diào)電阻R4的一端作為移相電路的輸入，可調(diào)電阻R4的另一端連接電容C2的一端和運算放大器OP27的輸入正端；電阻R3的一端連接移相電路的輸入，電阻R3的另一端連接運算放大器OP27的輸入負端和電阻R5的一端，R5的另一端連接運算放大器OP27的輸出端，運算放大器OP27的輸出端作為移相電路的輸出端；電容C2的另一端連接地，運算放大器OP27的電源端接電源VCC，運算放大器OP27的接地端接地。

通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R4的阻值，改變輸入信號的相位，將正弦電信號和余弦電信號，即sin信號與cos信號相位差調(diào)節(jié)至90度，R4的阻值調(diào)節(jié)量根據(jù)實際情況確定。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干涉型傅立葉變換光譜儀擺臂運動控制系統(tǒng)，其特征在于：過零檢測電路，包括比較器、電阻R6、可調(diào)電阻R7、電阻R8；

比較器LM139的正端作為過零檢測電路的輸入，比較器LM139的負端連接電阻R6的一端和可調(diào)電阻R7的一端，電阻R6的另一端連接電源VCC，可調(diào)電阻R7的另一端連接地；電阻R8一端連接比較器LM139的正端，電阻R8的另一端連接比較器LM139的輸出端，LM139的輸出端作為過零檢測電路輸出；比較器LM139的電源端接電源VCC，比較器LM139的接地端接地。

通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R7的阻值，使比較器LM139負端輸入的直流電壓為正弦信號的幅值的十分之一，作為過零檢測閾值，即可得到理想的方波。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干涉型傅立葉變換光譜儀擺臂運動控制系統(tǒng)，其特征在于：根據(jù)A脈沖和B脈沖的相位關(guān)系及A脈沖的上升沿，對A脈沖的上升沿數(shù)量進行加減計數(shù)，方法如下：

設擺臂起始運動位置為分束鏡位于擺臂的中軸線且和擺臂的中軸線平行，該狀態(tài)對應干涉儀的光學零位，此狀態(tài)計數(shù)結(jié)果為0；

若A脈沖相位比B脈沖超前90度，則方向標識為“正轉(zhuǎn)”，若B脈沖相位比A脈沖超前90度，則方向標識為“反轉(zhuǎn)”。

當方向標識為“正轉(zhuǎn)”時，每檢測到一個A脈沖的上升沿，計數(shù)結(jié)果加1；

當方向標識為“反轉(zhuǎn)”時，每檢測到一個A脈沖的上升沿，計數(shù)結(jié)果減1；

最終將加減計數(shù)的結(jié)果作為擺臂實時位置，即加減計數(shù)結(jié)果。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種干涉型傅立葉變換光譜儀擺臂運動控制系統(tǒng)，其特征在于：采用迭代方式對輸入的擺臂實時位置進行微分運算，得到擺臂的角速度，公式如下

speed[1]＝0.5218f*speed[0]+478.2f*(angle[1]-angle[0])； 公式(2)

式中：speed[0]為前一控制周期的擺臂轉(zhuǎn)動的角速度，angle[0]為前一控制周期擺臂實時位置，angle[1]為本控制周期擺臂實時角度，speed[1]為本控制周期擺臂轉(zhuǎn)動的角速度，f表示Float型的數(shù)。

第一次迭代時，將speed[0]、angle[0]、angle[1]全部初始化為0。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干涉型傅立葉變換光譜儀擺臂運動控制系統(tǒng)，其特征在于：規(guī)劃運動曲線模塊根據(jù)擺臂運動模式指令，規(guī)劃出擺臂位置隨時間變化的曲線。設0時刻，擺臂從起始運動位置開始正掃，一個掃描周期內(nèi)的曲線公式如下：

式中：f_s為半導體激光器發(fā)出的激光光束頻率，T為擺臂調(diào)頭段正弦曲線周期，通常為換向段時間的2倍，A為擺臂調(diào)頭段正弦曲線幅值，t₁為后半正掃線性段時間，t₁～t₂為正掃換向段時間，t₂～t₃為反掃線性段時間，t₃～t₄為反掃換向段時間，t₄～t₅為前半正掃線性段時間，單位為ms。

上式中p(t)即為t時刻擺臂應到達的理論位置，即規(guī)劃運動曲線，將該規(guī)劃運動曲線送給數(shù)字控制器。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種干涉型傅立葉變換光譜儀擺臂運動控制系統(tǒng)，其特征在于：數(shù)字控制器根據(jù)可逆計數(shù)器電路輸出的擺臂實時位置、角速度計算模塊輸出的擺臂角速度和規(guī)劃運動曲線，確定音圈電機的控制量，方法如下：

(1)誤差計算環(huán)節(jié)

error＝kp*(comg-fbk) 公式(4)

式中：error為規(guī)劃運動曲線與擺臂實時位置的差，作為誤差計算環(huán)節(jié)的輸出，comg為本控制周期規(guī)劃運動曲線上的點對應的位置，fbk為擺臂實時位置，kp為位置環(huán)增益。

(2)一階控制補償環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)的公式為

punit[1]＝y(tǒng)0p*error+u0p*punit[2]+u1p*punit[3] 公式(5)

式中：error為誤差計算環(huán)節(jié)的輸出，punit[1]為本控制周期的一階控制補償環(huán)節(jié)輸出，punit[2]為前一控制周期的一階控制補償環(huán)節(jié)輸入，punit[3]為本控制周期的一階控制補償環(huán)節(jié)輸入，y0p為前一控制周期的一階控制補償環(huán)節(jié)輸出系數(shù)，u0p為前一控制周期的一階控制補償環(huán)節(jié)輸入系數(shù)，u1p為本控制周期的一階控制補償環(huán)節(jié)輸入系數(shù)；y0p為0～10；u0p為0～10；u1p為0～10。

(3)速度反饋環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)的公式為：

TRCom＝punit[1]-ks*speed； 公式(6)

式中，punit[1]為一階控制補償環(huán)節(jié)輸出，TRCom為本控制周期的控制輸出，speed為擺臂的角速度，ks為速度反饋系數(shù)，ks為0～1；

最終，將TRCom作為音圈電機的控制量。