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基于模型预测控制的大口径快摆镜随动系统

孙浩添 杜福嘉 张志永

孙浩添, 杜福嘉, 张志永. 基于模型预测控制的大口径快摆镜随动系统[J]. 红外与激光工程, 2020, 49(2): 0214001-0214001. doi: 10.3788/IRLA202049.0214001
引用本文: 孙浩添, 杜福嘉, 张志永. 基于模型预测控制的大口径快摆镜随动系统[J]. 红外与激光工程, 2020, 49(2): 0214001-0214001. doi: 10.3788/IRLA202049.0214001
Sun Haotian, Du Fujia, Zhang Zhiyong. Large aperture fast steering mirror servo system based on model predictive control[J]. Infrared and Laser Engineering, 2020, 49(2): 0214001-0214001. doi: 10.3788/IRLA202049.0214001
Citation: Sun Haotian, Du Fujia, Zhang Zhiyong. Large aperture fast steering mirror servo system based on model predictive control[J]. Infrared and Laser Engineering, 2020, 49(2): 0214001-0214001. doi: 10.3788/IRLA202049.0214001

基于模型预测控制的大口径快摆镜随动系统

doi: 10.3788/IRLA202049.0214001
基金项目: 

国家自然科学基金(U1831111,11373049);江苏省自然科学基金(BK20181507)

详细信息
    作者简介:

    孙浩添(1988-),男,博士生,主要从事机电系统计算机控制方面的研究。Email:htsun@niaot.ac.cn

  • 中图分类号: TP273

Large aperture fast steering mirror servo system based on model predictive control

  • 摘要: 为了满足地基大口径望远镜精密稳像系统的需求,对大口径快摆镜(FSM)的控制方法进行了研究。为了解决三促动器FSM的运动解耦为系统辨识带来的困难,通过解析法和系统辨识法相结合建立了FSM的传递函数模型。依据该模型,设计了PID控制器与模型预测控制器(MPC),采用仿真和实验两种方式比较了两种控制器的效果。仿真结果表明,在受到阶跃扰动后,MPC控制器的恢复速度是PID控制器的45倍。在50 Hz正弦信号下,由于FSM的大惯量特点,PID控制器有严重的时滞,而MPC控制器能以1.224×10-6″的误差稳定跟随。在噪声抑制方面,对实时加入10%幅值噪声的随机信号,MPC控制器的噪声抑制效果是PID控制器的13.3倍。实验结果表明,MPC控制器能以0.430″的误差稳定跟随50 Hz正弦信号,其跟踪精度是PID控制器的3.212倍,采用MPC控制器的快摆镜能满足快摆镜高带宽和高精度的需求。
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-11
  • 修回日期:  2019-11-21
  • 刊出日期:  2020-03-02

基于模型预测控制的大口径快摆镜随动系统

doi: 10.3788/IRLA202049.0214001
    作者简介:

    孙浩添(1988-),男,博士生,主要从事机电系统计算机控制方面的研究。Email:htsun@niaot.ac.cn

基金项目:

国家自然科学基金(U1831111,11373049);江苏省自然科学基金(BK20181507)

  • 中图分类号: TP273

摘要: 为了满足地基大口径望远镜精密稳像系统的需求,对大口径快摆镜(FSM)的控制方法进行了研究。为了解决三促动器FSM的运动解耦为系统辨识带来的困难,通过解析法和系统辨识法相结合建立了FSM的传递函数模型。依据该模型,设计了PID控制器与模型预测控制器(MPC),采用仿真和实验两种方式比较了两种控制器的效果。仿真结果表明,在受到阶跃扰动后,MPC控制器的恢复速度是PID控制器的45倍。在50 Hz正弦信号下,由于FSM的大惯量特点,PID控制器有严重的时滞,而MPC控制器能以1.224×10-6″的误差稳定跟随。在噪声抑制方面,对实时加入10%幅值噪声的随机信号,MPC控制器的噪声抑制效果是PID控制器的13.3倍。实验结果表明,MPC控制器能以0.430″的误差稳定跟随50 Hz正弦信号,其跟踪精度是PID控制器的3.212倍,采用MPC控制器的快摆镜能满足快摆镜高带宽和高精度的需求。

English Abstract

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