快速反射鏡是用于控制目標光源到接收器之間光束傳播方向的小型精密光學儀器。隨著技術的發(fā)展,各領域對性能指標的要求越來越高,所以高性能的快速反射鏡系統(tǒng)變得越發(fā)重要。本文以某快速反射鏡控制系統(tǒng)的設計及性能提升研究為主要工作。具體研究思路是:首先,設計出滿足系統(tǒng)期望性能指標的控制器;接著,探索一種容易改變系統(tǒng)指標的控制器設計方法;最后,如何進一步提升系統(tǒng)性能指標。主要工作有以下幾點:第一是建模,建立了一個簡化且能夠全工況描述系統(tǒng)的非線性模型,即噪聲+物理上下界+線性模型的本質非線性模型。具體建模思路是:首先采用理論建模與實驗測試相結合的方式,建立系統(tǒng)的線性模型,并進行參數校正;接著,將物理上下界簡化為多個飽和限及死區(qū)限,并通過實驗測試與理論推導驗證確定,同時通過實驗測得實際噪聲模型,最終得到簡化且在全工況描述系統(tǒng)的非線性模型。第二是控制器的設計與性能分析。采用古典頻域法對設計了超前滯后、積分陷波等控制器,對于系統(tǒng)的一次諧振以及精度問題,古典控制器的設計展現出了調試困難,控制性能不夠高等問題。采用現代控制理論設計了積分增廣狀態(tài)反饋控制器,狀態(tài)反饋有著調節(jié)簡便,控制效果良好等優(yōu)勢,但也暴露出其實現難度大、成本高的問題。同時,對不同控制系統(tǒng)的性能指標、魯棒性進行了分析。最終得到的閉環(huán)系統(tǒng),線性帶寬均可做到期望帶寬的500Hz,但由于電壓飽和限的限制,系統(tǒng)的實際線性運行范圍會有所下降。得出了系統(tǒng)本身的物理極限是限制系統(tǒng)線性工作范圍的主要因素。第三提出了采用現代控制理論對系統(tǒng)分析設計,等價為古典控制器實現的控制器設計方法。該方法結合了古典與現代控制理論設計的優(yōu)點,調試方便,實現簡單。采用該法,將積分增廣狀態(tài)反饋等價降階為積分+超前+零極點陷波形式的古典控制器,明確了狀態(tài)反饋的實質,簡化了控制器的實現難度與成本。對等價降階后的控制器給出了數字控制器的迭代公式;同時采用Mulitism軟件設計了模擬電路,并進行了仿真驗證。最后對采用模擬控制器的實際系統(tǒng)進行了閉環(huán)驗證,證明了仿真的準確性。第四就進一步提升系統(tǒng)性能指標,對耦合問題進行了分析討論。通過辨識與耦合機理的分析,建立了耦合模型。設計了古典解耦控制器和MIMO的積分增廣狀態(tài)反饋控制器。經驗證,以上兩種控制器均可有效壓制耦合影響。最后,對兩種控制器進行了單變量的魯棒性分析。
【學位單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TH74;TP273
【部分圖文】：

第一章 緒論第一章 緒論1.1 研究背景快速反射鏡（Fast Steering Mirror,FSM）是用于控制目標光源到接收器束傳播方向的小型精密光學儀器。作為光電跟蹤系統(tǒng)的重要組成部分，憑借其大帶寬，響應速度快，分辨率高的特點，被廣泛用于航天航空相機、激光通信跟蹤、視軸穩(wěn)定等領域[1][2][3]。為了保證 FSM 的高精度、高響應頻率等特點，對驅動器的精度、分辨率、響應速度等提出了極高的要求[2]。根據驅動器的不同統(tǒng)可以分為音圈電機（VCA）驅動及壓電陶瓷（PZT）驅動兩種類型。

西安電子科技大學碩士學位論文外研究現狀研究起步于上世紀 80 年代[5]，近年來，受助于結構技術的發(fā)展，相關研究已經趨近成熟化和商業(yè)化。希德馬丁航天系統(tǒng)公司（LMSC）設計研發(fā)了一款高帶統(tǒng)，該系統(tǒng)采用壓電陶瓷驅動，反射鏡直徑為 5cm，

該系統(tǒng)采用壓電陶瓷驅動，反射鏡直徑美國 LMSC 公司研發(fā)的 FSM 結構圖IT 林肯實驗室的 Daniel J.Kluk, Michael T.通道模擬控制結構設計驗證了一款 FSM 系統(tǒng)為±3.5mrad，角加速度為5 21 10 rad / s[6]。
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4 孫增圻;;二次型性能函數對反饋系數陣靈敏度的計算及其在部分狀態(tài)反饋次優(yōu)控制設計中的應用[J];自動化學報;1987年05期

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本文編號：2847285