發(fā)布時間：2024-03-27 02:03

　　為了滿足地基大口徑望遠(yuǎn)鏡精密穩(wěn)像系統(tǒng)的需求,對大口徑快擺鏡(FSM)的控制方法進(jìn)行了研究。為了解決三促動器FSM的運(yùn)動解耦為系統(tǒng)辨識帶來的困難,通過解析法和系統(tǒng)辨識法相結(jié)合建立了FSM的傳遞函數(shù)模型。依據(jù)該模型,設(shè)計了PID控制器與模型預(yù)測控制器(MPC),采用仿真和實驗兩種方式比較了兩種控制器的效果。仿真結(jié)果表明,在受到階躍擾動后,MPC控制器的恢復(fù)速度是PID控制器的45倍。在50 Hz正弦信號下,由于FSM的大慣量特點,PID控制器有嚴(yán)重的時滯,而MPC控制器能以1.224×10^-6″的誤差穩(wěn)定跟隨。在噪聲抑制方面,對實時加入10%幅值噪聲的隨機(jī)信號,MPC控制器的噪聲抑制效果是PID控制器的13.3倍。實驗結(jié)果表明,MPC控制器能以0.430″的誤差穩(wěn)定跟隨50 Hz正弦信號,其跟蹤精度是PID控制器的3.212倍,采用MPC控制器的快擺鏡能滿足快擺鏡高帶寬和高精度的需求。

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圖1FSM的拓?fù)鋱D

建立能預(yù)測FSM輸出的模型是使用MPC控制器的前提。如圖1所示，由于FSM在運(yùn)行過程中不發(fā)生豎直方向上的平動，作為并聯(lián)機(jī)構(gòu)，單促動器的伸縮會影響到另外兩個促動器的伸縮，需要進(jìn)行運(yùn)動解耦。因此，提出聯(lián)合使用解析法[12]和系統(tǒng)辨識法[13]建立傳遞函數(shù)模型作為預(yù)測FSM輸出的模型。....

圖2FSM的開環(huán)系統(tǒng)(a)和激勵框圖(b)

FSM的開環(huán)系統(tǒng)框圖如圖2所示。其中，u為控制量；λ1、λ2、λ3為分配系數(shù)，其比例關(guān)系由轉(zhuǎn)軸決定；u1、u2、u3為各GMA的控制量；K為功率放大器放大系數(shù)；i1、i2、i3為GMA的輸入電流；GMA(s)為GMA的傳遞函數(shù)；S1、S2、S3為輸出位移；平臺的轉(zhuǎn)角θ由輸出位移的....

圖3辨識結(jié)果與測量數(shù)據(jù)的波特圖

通過掃頻測試得到FSM的幅頻特性和相頻特性如圖3中藍(lán)色實線所示，所用的掃頻設(shè)備是小野公司的DS3200頻率特性分析儀。由于目標(biāo)帶寬為FBW=50Hz，因此，可只保留原始數(shù)據(jù)的第一個共振峰，對280Hz以下的數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識。進(jìn)行系統(tǒng)辨識前，根據(jù)先驗知識選定Gγ(s)的結(jié)構(gòu)。GMA....

圖4離散根軌跡

式中：Kp、Ki、Kd為待整定的參數(shù)；T為采樣周期；k為采樣序號；e(k)為偏差信號。根據(jù)fs做Gα(s)的離散根軌跡，如圖4所示。在圖4中，“o”、“x”為開環(huán)零、極點，“□”為閉環(huán)極點，虛線為單位圓。由根軌跡確定Kp的取值范圍，當(dāng)開環(huán)增益Kp≈0.078時，閉環(huán)系統(tǒng)臨界穩(wěn)定。....

本文編號：3940023