快速控制反射镜(FSM)是光学扫描器中的一种,一般分音圈电机或者压电陶瓷驱动两种类型。音圈电机驱动的快速控制反射镜易于实现二维扫描,在激光扫描、自适应光学系统、光电跟踪等应用领域中应用较为广泛。然而音圈电机本身具有非线性和迟滞效应,这大大影响了音圈电机的广泛应用,因此需要利用相应的控制算法以改进其性能。音圈电机驱动的激光扫描器采用闭环反馈控制方法以求获得满意的扫描性能。在各种闭环反馈控制算法中,传统应用于音圈电机驱动的光电精密跟踪的改进型PID控制算法的方法,以及理想闭环特性(最佳二阶特性)的逆向设计的方法能改进系统性能,可以提高系统带宽,但应用在音圈电机驱动的激光扫描器上,扫描器不能稳定工作,极易振荡。所以,找出造成振荡的原因,以及如何利用反馈回路适当地处理这一问题,以提高扫描器的性能是本论文研究的关键。论文详细分析了造成振荡的原因,发现由于受空间制约,音圈电机驱动的激光扫描器反馈回路的空间狭小,杂散光来回反射,造成高频噪声较大,传统的控制方法中为减少稳态误差而在算法中存在积分器,积分器对噪声的积分造成积分饱和是振荡的重要原因。扫描器结构固定,大量噪声存在不能避免,这就要求选用一种不用积分器,却能减少稳态误差控制的方法。如果采用前馈复合控制方法,这种控制算法中不存在积分器,就可以避开振荡因子,同时,其等效开环传递函数相当于加入了积分器,这种等效积分器可以减小稳态误差,解决了稳态误差和振荡的矛盾。结合反馈回路噪声大的特点,加入滤波器于反馈回路中,同时减小反馈系数,利用弱反馈控制的方法,使得激光扫描器不仅能稳定工作,消除了扫描时候的抖动,同时谐振得到抑制,非线性和重复性得到较大改进,带宽得到扩展。研究还发现在反馈回路上加滤波器的方法,会造成反馈回路噪声的滤除和三角波波形的消减成为矛盾,滤波器截止频率太高不能有效滤除噪声,太低会使三角波波形的削减,滤波器的频率必须随着收入信号的频率的改变而改变。仔细分析了造成振荡的噪声的形态,采用按扰动补偿的复合控制方法,较大地削弱噪声,不必加入滤波器,同时借用上面的输入补偿环节,提高了系统等效开环传递函数的型别,避开了振荡因子,同时又减小了稳态误差,进一步解决了稳态误差和振荡的矛盾。论文还仔细研究了在控制中起采样和保持作用的AD和DA物理器件的传递函数对控制的影响,从连续系统过渡到数字系统,研究了数字控制方法,对音圈电机驱动的激光扫描器采用最少拍无纹波算法的尝试。最后,在x维和y维方向实现一维扫描控制,两个方向线性度改进较大,但在实验上实现音圈电机实现二维扫描时候,扫描曲线出现分叉,效果不太理想,论文分析了二维扫描分叉的原因,并尝试了二维扫描控制算法的初步研究。