一種快速自準(zhǔn)直反射鏡自適應(yīng)振動抑制跟蹤控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種快速自準(zhǔn)直反射鏡自適應(yīng)振動抑制跟蹤控制方法，具體地說，是 指一種快速自準(zhǔn)直反射鏡在振動環(huán)境中實現(xiàn)對光束的穩(wěn)定跟蹤控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在氧碘化學(xué)激光器傳輸系統(tǒng)中，快速自準(zhǔn)直反射鏡作為復(fù)合軸控制系統(tǒng)的精密子 系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于校正粗校正系統(tǒng)的跟蹤誤差及平臺振動、力矩干擾和大氣干擾引起 的光束漂移和抖動，實現(xiàn)光束的穩(wěn)定傳輸控制。
[0003] 在快速自準(zhǔn)直反射鏡的實際應(yīng)用過程中，主要存在以下三方面問題：反射鏡本身 往往放置于振動環(huán)境中，為其實現(xiàn)光束的準(zhǔn)確定位增加了難度；自適應(yīng)控制算法中所需的 參考信號傳感器亦無法保證絕對靜止，因此無法反映與擾動信號的全相關(guān)信息，造成現(xiàn)有 控制算法的控制誤差增加；此外，現(xiàn)有的控制算法實現(xiàn)中，通常忽略了驅(qū)動器本身的非線性 特性并采用線性控制器，也降低了系統(tǒng)的控制精度和魯棒性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有控制算法不足，提供一種穩(wěn)定性高、高精度且工 程容易實現(xiàn)的應(yīng)用于自準(zhǔn)直反射鏡在振動環(huán)境中的實時光束穩(wěn)定傳輸?shù)目刂扑惴ā?br>[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案：
[0006] -種快速自準(zhǔn)直反射鏡自適應(yīng)振動抑制跟蹤控制方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1，將加速度傳感器和目標(biāo)光敏傳感器的輸出信號構(gòu)成參考信號序列，將采集 的目標(biāo)光敏傳感器輸出信號作為誤差信號序列，將二者作為前饋控制器的輸入得到前饋控 制信號yff(n);
[0008] 步驟2,將目標(biāo)光敏傳感器的輸出信號與上一時刻的控制信號相加得到估計擾動 信號序列，將目標(biāo)光敏傳感器的輸出信號作為誤差信號序列，將二者作為反饋控制器的輸 入得到反饋控制信號yfb(n);
[0009] 步驟3,將目標(biāo)光敏傳感器的輸出信號作為比例積分控制器信號輸入，得到線性反 饋控制信號ypi (n);
[0010]步驟4,將前饋控制信號yff(n)、反饋控制信號yfb(n)和線性反饋控制信號ypi(n) 相加得到控制信號y (n)，輸入至快速遲滯補(bǔ)償器中，得到反射鏡驅(qū)動控制信號用于控制反 射鏡。
[0011] 所述前饋控制器具體為：
[0012] k(n) = A :Q (n-1) r (n) [1+A :rT (n) Q (n-1) r (n) ] 1
[0013] wff (n) =wff (n-1) +k (n) e (n)
[0014] Q(n) = A ^(n-l)-^ :k (n) rT (n) Q (n-1)
[0015] yff (n) =rT (n) wff (n)
[0016]其中X為遺忘因子,k(n)為時變增益向量,Q(n)為逆相關(guān)矩陣；r(n)為參考信號 序列；'%〇1)為濾波器權(quán)值；誤差信號6(11)=6;3(11)-(^(11)，6 ;3(11)為目標(biāo)光敏傳感器的輸出信 號，dt(n)為期望軌跡。
[0017] 所述反饋控制器具體為：
[0018] kd(n) =Ad ^^n-Dd,,,^) [1+Ad (n)Qd (n-1)dm(n) ] 1
[0019] wfb (n) =wfb (n-1) +kd (n)e(n)
[0020] Qd (n)=入d 4 (n-1)-入d % (n)dmT (n)Qd (n-1)
[0021] yfb (n) =dmT (n)wfb (n)
[0022] 其中Ad為遺忘因子，kd(n)為時變增益向量，Qd(n)為逆相關(guān)矩陣；dm(n)為估計 擾動信號，wfb(n)為估計擾動信號的濾波器權(quán)值；誤差信號e(n)=es(n)-dt(n)，es(n)為目標(biāo) 光敏傳感器的輸出信號，dt(n)為期望軌跡。
[0023] 所述快速遲滯補(bǔ)償器為一種基于最小二乘支持向量機(jī)的無需求解遲滯逆的算法， 包括如下步驟：
[0024] 步驟A，將掃頻信號輸入至直反射鏡的驅(qū)動器接口，采集輸出的光斑位置信號，采 用最小二乘法辨識系統(tǒng)的二階線性傳遞函數(shù)作為反射鏡的動力學(xué)模型；
[0025] 步驟B，令遲滯非線性模型輸入信號為不同頻率的分段單調(diào)遞減周期信號序列， 輸入至直反射鏡的驅(qū)動器接口，利用采集的輸入電流信號及輸出光斑位置信號構(gòu)造訓(xùn)練樣 本，建立基于最小二乘支持向量機(jī)的遲滯非線性直接逆迭代模型；
[0026] 步驟C，將步驟A與步驟B的模型并聯(lián)，即為快速遲滯補(bǔ)償器。
[0027] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點：
[0028] 1.本發(fā)明所提出的快速自準(zhǔn)直反射鏡自適應(yīng)振動抑制跟蹤控制方法，能夠克服反 射鏡在振動環(huán)境中實現(xiàn)光束的準(zhǔn)確定位的難度，以及只有半相關(guān)參考信號的高精度自適應(yīng) 控制算法實現(xiàn)。
[0029] 2.本發(fā)明的控制方法考慮到了快速自準(zhǔn)直反射鏡的驅(qū)動器本身存在的非線性特 性，提高了系統(tǒng)的控制精度和魯棒性。
[0030] 3.本發(fā)明具有實時性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、高精度控制的優(yōu)點，實現(xiàn)了快速自準(zhǔn)直反射鏡 在振動環(huán)境中對光束的穩(wěn)定跟S示控制。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明的控制算法框圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明的快速自準(zhǔn)直反射鏡結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖3為本發(fā)明的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖；
[0034] 圖4為本發(fā)明的控制曲線圖一；
[0035] 圖5為本發(fā)明的控制曲線圖二。
【具體實施方式】
[0036] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0037] 本發(fā)明公開了一種快速自準(zhǔn)直反射鏡自適應(yīng)振動抑制跟蹤控制方法，用于實現(xiàn)激 光光束的穩(wěn)定傳輸，屬非線性系統(tǒng)振動控制領(lǐng)域。
[0038] 如圖1所示，本方法通過FX-RLS前饋控制器和FX-RLS反饋控制器用來對參考信 號r(n)與擾動信號d(n)非全相關(guān)的情況進(jìn)行振動主動控制；比例積分控制器用來改善系 統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性，并對初始光束漂移進(jìn)行校正；快速遲滯補(bǔ)償器補(bǔ)償快速自準(zhǔn)直反射 鏡中存在的動態(tài)遲滯非線性。FX-RLS前饋控制器、FX-RLS反饋控制器和比例積分控制器并 聯(lián)后與快速遲滯補(bǔ)償器串聯(lián)，產(chǎn)生的控制信號經(jīng)功率放大器輸出至快速自準(zhǔn)直反射鏡中的 驅(qū)動器接口，使鏡面發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而調(diào)節(jié)激光光束的反射角度，達(dá)到對輸出光束的實時穩(wěn)定 控制。
[0039] 控制方法實現(xiàn)包括如下步驟：
[0040] 步驟1，通過采集加速度傳感器輸出信號及參考光敏傳感器輸出信號產(chǎn)生非全 相關(guān)的參考信號序列，通過采集目標(biāo)光敏傳感器輸出信號產(chǎn)生誤差信號序列，將二者作為 FX-RLS前饋控制器輸入產(chǎn)生前饋控制信號yff(n);
[0041] 步驟2,通過采集目標(biāo)光敏傳感器輸出信號與上一時刻控制信號相加產(chǎn)生估計擾 動信號序列，通過采集目標(biāo)光敏傳感器輸出信號產(chǎn)生誤差信號序列，將二者作為FX-RLS反 饋控制器輸入產(chǎn)生反饋控制信號yfb(n);
[0042] 步驟3,目標(biāo)光敏傳感器輸出信號作為比例積分控制器信號輸入，產(chǎn)生線性反饋控 制信號yPi(n);
[0043]步驟4,將前饋控制信號yff (n)、反饋控制信號yfb (n)和線性反饋控制信號ypi (n) 相加得到控制信號y(n)，輸入至基于最小二乘支持向量機(jī)的快速遲滯補(bǔ)償器中，產(chǎn)生控制 信號輸出至快速自準(zhǔn)直反射鏡中的驅(qū)動器接口。
[0044] 快速遲滯補(bǔ)償器為一種基于最小二乘支持向量機(jī)的無需求解遲滯逆的算法，包括 如下步驟：
[0045] 步驟A，將頻率范圍為1-lOOOHz的掃頻信號輸入至快速自準(zhǔn)直反射鏡的驅(qū)動器接 口，采集輸出光斑位置信號，利用最小二乘法辨識系統(tǒng)的二階線性傳遞函數(shù)；
[0046] 步驟B，令建模輸入信號為不同頻率的分段單調(diào)遞減周期信號序列，輸入至快速自 準(zhǔn)直反射鏡的驅(qū)動器接口，利用采集的輸入電流信號及輸出光斑位置信號構(gòu)造訓(xùn)練樣本， 建立基于最小二乘支持向量機(jī)的遲滯非線性直接逆迭代模型；
[0047] 步驟C，將步驟A與步驟B的模型并聯(lián)，即為快速遲滯補(bǔ)償器。
[0048] 所述的參考信號由一路加速度傳感器輸出信號和一路光電位移傳感器輸出信號 組成。
[0049] 快速自準(zhǔn)直反射鏡為光路中保證反射光穩(wěn)定輸出的反射鏡，其鏡面與安裝平臺垂 直設(shè)置。鏡體1背面設(shè)有鏡體托盤2,托盤2遠(yuǎn)離鏡體1 一側(cè)中部設(shè)有固定桿3,托盤2與 固定桿3間活動連接，在托盤2遠(yuǎn)離鏡體1 一側(cè)的上部或下部設(shè)有第一推拉桿4,在托盤2 遠(yuǎn)離鏡體1 一側(cè)的左側(cè)或右側(cè)設(shè)有第二推拉桿5,第一推拉桿4和第二推拉桿5分別與第一 驅(qū)動器6和第二驅(qū)動器7傳動連接，驅(qū)動器驅(qū)動推拉桿在垂直于鏡體1反射面的方向往復(fù) 移動。結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
[0050] 如圖1所示，本發(fā)明包括FX-RLS前饋控制器、FX-RLS反饋控制器、比例積分控制 器和快速遲滯補(bǔ)償器。
[0051] 控制方法實現(xiàn)包括如下步驟：
[0052] 步驟1，通過采集設(shè)置在快速自準(zhǔn)直反射鏡振動平臺上的加速度傳感器輸出信號 ra。。及參考光敏傳感器輸出信號rpsd產(chǎn)生非全相關(guān)的參考信號序列
[0053] r(n) = [ 1，racc (n)，…，racc (n-Ma+1)，rpsd (n)，…，rpsd (n-Mp+1)]T
[0054] 其對應(yīng)的濾波器權(quán)值為
[0055] wff (n) = [w0 (n),w1 (n),w2 (n), ???,wMa+Mp (n)]T
[0056] 其中，n為當(dāng)前時刻，Ma為加速度傳感器對應(yīng)的濾波器階數(shù)，Mp為參考光敏傳感器 對應(yīng)的濾波器階數(shù)。
[0057] 采集設(shè)置在光束傳遞目標(biāo)處的加目標(biāo)光敏傳感器輸出信號產(chǎn)生誤差信號