為了滿(mǎn)足地基大口徑望遠(yuǎn)鏡精密穩(wěn)像系統(tǒng)的需求,對(duì)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(dòng)器FSM的運(yùn)動(dòng)解耦為系統(tǒng)辨識(shí)帶來(lái)的困難,通過(guò)解析法和系統(tǒng)辨識(shí)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(jì)了PID控制器與模型預(yù)測(cè)控制器(MPC),采用仿真和實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(hào)下,由于FSM的大慣量特點(diǎn),PID控制器有嚴(yán)重的時(shí)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(duì)實(shí)時(shí)加入10%幅值噪聲的隨機(jī)信號(hào),MPC控制器的噪聲抑制效果是PID控制器的13.3倍。實(shí)驗(yàn)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(hào),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(mǎn)足快擺鏡高帶寬和高精度的需求。

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【部分圖文】：

圖1FSM的拓?fù)鋱D

建立能預(yù)測(cè)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(guò)程中不發(fā)生豎直方向上的平動(dòng)，作為并聯(lián)機(jī)構(gòu)，單促動(dòng)器的伸縮會(huì)影響到另外兩個(gè)促動(dòng)器的伸縮，需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)解耦。因此，提出聯(lián)合使用解析法[12]和系統(tǒng)辨識(shí)法[13]建立傳遞函數(shù)模型作為預(yù)測(cè)FSM輸出的模型。....

圖2FSM的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)(a)和激勵(lì)框圖(b)

FSM的開(kāi)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(tái)的轉(zhuǎn)角θ由輸出位移的....

圖3辨識(shí)結(jié)果與測(cè)量數(shù)據(jù)的波特圖

通過(guò)掃頻測(cè)試得到FSM的幅頻特性和相頻特性如圖3中藍(lán)色實(shí)線(xiàn)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(gè)共振峰，對(duì)280Hz以下的數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識(shí)。進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)前，根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)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(hào)；e(k)為偏差信號(hào)。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(kāi)環(huán)零、極點(diǎn)，“□”為閉環(huán)極點(diǎn)，虛線(xiàn)為單位圓。由根軌跡確定Kp的取值范圍，當(dāng)開(kāi)環(huán)增益Kp≈0.078時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)臨界穩(wěn)定。....

本文編號(hào)：3940023