快速反射镜自适应反演PID复合控制系统设计

为了提高复合轴系统的光束跟踪性能,必须考虑不可测扰动对快速反射镜系统的影响。针对可测量扰动,设计了自适应反演前馈控制算法,并由此得到启发,设计了用于抑制不可测量扰动的自适应反演PID(proportional-integral-derivative)控制系统,用自适应算法提高系统稳态精度以及对不同扰动的适应性,用PID控制器修正系统的误差信号改善系统动态性能。仿真结果表明,相较于PID控制算法,自适应反演PID复合控制系统的误差均方差值下降了34.76%,相较于自适应控制算法,自适应反演PID控制系统的误差均方差值下降了13.3%,自适应反演PID复合控制系统的稳态精度相比经典PID控制和自适应反演控制系统均得到了明显的提升,采用复合算法时上升时间相较自适应算法减少了48.9%,超调量相较经典PID算法减少了80.5%,系统动态性能得到较大改善。

快速反射镜装配误差扰动抑制方法

为了进一步抑制装配误差扰动对快速反射镜控制系统输出性能的影响,提升系统的跟踪精度,基于干扰观测原理,提出了一种具有内、外双干扰观测环节的扰动抑制方法。分析了快速反射镜组件装配误差对控制系统精度的影响,建立了不平衡力矩扰动的等效数学模型;利用内环干扰观测环节实现对中高频扰动的抑制,应用外环干扰观测环节补偿内环干扰观测环节的中低频扰动放大作用并提供中低频扰动抑制;分析了提出方法的输入和误差信号传递过程,设计了扰动抑制系统各控制器的控制参数;搭建了虚拟样机仿真测试平台,对控制系统的性能进行了测试。结果显示,加入双干扰观测环节前后,虚拟样机系统的调节时间误差为0.54%,对于15 Hz等效扰动,扰动抑制能力提升了25.23%。理论和实验结果表明,双干扰观测环节的引入可以有效抑制装配误差的扰动。