[发明专利]一种快速反射镜的建模与控制方法

说明书

本发明公开了一种快速反射镜的建模与控制方法，属于伺服控制领域；本发明包括如下步骤：通过使用基于脉冲响应的Hankel矩阵辨识方法，得到音圈电机的快速反射镜数学模型；基于辨识的音圈电机的快速反射镜数学模型，设计积分控制器。本发明通过基于脉冲响应的Hankel矩阵辨识方法得到更精确的数学模型，这对于实现高性能控制具有重要作用；积分控制器使得系统对于扰动抑制能力具有较大提升；求出的控制器包含纯积分项，能够消除残差；同时对于受到反向扰动时，具有更短的恢复稳态时间；积分控制器增强了系统的鲁棒性和精准转动能力；本发明采用的控制结构简单、设计简便、易于实现、有利于实际使用时减少成本。

技术领域

本发明属于伺服控制领域，具体涉及一种快速反射镜的建模与控制方法。

背景技术

快速反射镜（Fast Steering Mirror, FSM）是控制激光传播方向的设备，其具有相应速度快、控制带宽高、分辨率高等特点，目前在自适应光学、激光通信、图像稳定等领域应用广泛。

系统辨识是给定待辨识系统一个输入信号，相应地，会得到一个输出信号，根据输入输出信号来确定一个能够准确描述该系统的数学模型。一个能够有效描述系统特性的数学模型，对于控制算法的设计和提高控制性能具有十分重要的作用。

传统的PID控制能够消除残差但是扰动抑制能力不强，设计框架求解出的控制器具有扰动抑制能力但是一般不会产生积分控制，积分控制器是将积分控制引入求解框架中，求解出包含纯积分项的控制器，以同时实现消除残差和提高系统扰动抑制的能力。

CN105717788A公开了一种基于模糊PID的快速反射镜自抗扰控制系统，控制系统通过设定的模糊控制规则对系统偏差和偏差变化率进行模糊处理，进而整定出PID控制器的三个控制参数，并将三个控制参数分别作用到快速反射镜控制系统的前向通络和前馈校正环节中。

CN112904712A公开了一种应用于复合轴系统的基于状态矩阵的最优反馈控制方，设计基于状态矩阵的最优状态反馈；对于基于状空间矩阵的控制系统，建立最优控制性能指标；通过对系统的状态量x与控制量u进行综合调节，使得系统的性能指标J取得最小值；设置好参数矩阵后求解推得控制系统的状态反馈矩阵；根据状态反馈矩阵中各个状态量增益进行最优反馈控制。该控制方法仍基于PID控制，性能提升有限。该控制方法不依赖于快速反射境的精确模型，同时对信息模糊处理可能会导致控制精度降低。模糊控制的设计尚缺乏系统性, 无法定义控制目标。该控制方法使用三个反馈环节，在实际应用中受到系统时滞的影响可能较大。设计目标中主要考虑系统控制精度，对于实际系统中出现的扰动抑制问题并未考虑，系统的鲁棒性能可能较差。

CN113341806A公开了一种基于在线辨识的快速控制反射镜控制方法及系统，采用在线辨识的方法，将下一时刻的给定信号和传感器检测到的快速控制反射镜的当前位置信号作差，得到误差信号，校正环节根据误差信号输出控制信号，控制快速控制反射镜运动到给定位置。当环境变化引起快速控制反射镜的控制精度不满足要求时，启动在线辨识，即可在线对对校正环节进行更新，更新完成后，重新输出控制信号对快速控制反射镜进行控制。采用在线辨识的方法，在线辨识对于参数估计的精度较差，对于设备的计算速度要求较高。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种快速反射镜的建模与控制方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种快速反射镜的建模与控制方法，包括如下步骤：

步骤1：通过使用基于脉冲响应的Hankel矩阵辨识方法，得到音圈电机的快速反射镜数学模型；

步骤2：基于辨识的音圈电机的快速反射镜数学模型，设计积分控制器。

进一步地，在步骤1中，具体包括如下步骤：