一种基于干扰观测的快速反射镜扰动抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于干扰观测的快速反射镜扰动抑制方法，包括PID控制器，前馈控制器，干扰观测器以及信号识别与分离装置。其中前馈控制器由比例环节与二阶环节并联组成，用于将影响快速反射镜系统的扰动信号转变为补偿信号并输入系统前向通路中与影响被控制快速反射镜的扰动信号相消。干扰观测器由低通滤波器和被控快速反射镜的标称模型的逆构成，用于估计进入快速反射镜系统中的扰动信号，低通滤波器还起到消除高频测量噪声和抑制外干扰的作用。本发明专利技术在经典的PID控制的快速反射镜基础上，利用前馈控制和干扰观测的优点，对系统中的扰动(无论扰动信号是否可测)进行全抑制，可以提高快速反射镜系统的稳态精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于精密机械控制领域，具体涉及一种基于干扰观测的快速反射镜扰动抑制方法。
技术介绍
快速反射镜是光学系统中调整光束传播方向的重要部件，由于工作环境的复杂性，快速反射镜系统不可避免的受到各种干扰因素的影响，这些干扰信号会导致系统不能产生精确的输出，甚至是造成输出信号的失真。因此在设计快速反射镜控制系统时应该充分考虑干扰信号对系统性能的影响，使系统对输入的干扰信号具有较强的抑制能力。作为一种比较成熟的控制方案，PID控制技术在快速反射镜的控制中有着广泛的应用，快速反射镜的控制系统主要是以PID为控制器的反馈控制系统。由于反馈控制是基于误差的控制，这种控制方式是在扰动进入并影响快速反射镜系统后才作用的，造成补偿过程存在一定的延迟，对扰动信号的抑制作用有限。前馈校正是一种开环控制方式去补偿扰动信号的控制方法，采用前馈校正技术可以在不影响反馈控制系统特性的情况下实现对扰动信号的补偿，但是要求扰动信号是可测的，但由于快速反射镜工作环境的复杂性，作用于快速反射镜系统中的很多干扰信号都无法量测。将快速反射镜受到外部力矩干扰及其本身参数变化造成的实际模型与理论模型的输出差异统统等效到控制的输入端(估计扰动)，并在控制系统中引入等量的补偿，可以实现对干扰的抑制(抑制扰动)。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：对于作用于快速反射镜系统的扰动信号，无论其是否可以测量，都可以对其进行抑制。本专利技术采用的技术方案为：一种基于干扰观测的快速反射镜扰动抑制方法，该方法步骤如下：步骤1、在常规PID控制下，作用于快速反射镜的扰动信号会严重影响控制系统的稳态/>精度，据此设计前馈控制环节，用于补偿扰动信号引起的偏差，从而减小扰动对快速反射镜的影响在初始阶段的误差，系统在出现阶跃扰动时，前馈控制环节就可以补偿这个扰动信号造成的误差信号， Y ( s ) = G ( s ) [ 1 + G C ( s ) G F ( s ) ] 1 + G C ( s ) G ( s ) N ( s ) ]]>式中，G(s)为被控快速反射镜，GC(s)为PID控制器，GF(s)为前馈校正环节，N(s)为扰动信号，当前馈校正环节GF(s)＝-1/GC(s)时，可以使得在扰动作用下的系统输出为0，实现系统的全补偿，快速反射镜的PID控制器表示为： G C ( s ) = k p + k i 1 s + k d s T s + 1 ]]>式中，kp、ki和kd为PID控制参数，T为滤波器系数；这样，前馈控制器GF(s)＝-s(Ts+1)/[kpT+kd)s2+(kp+kiT)s+ki]，引入干扰观测器对系统进行进一步的抑制；步骤2、由于前馈控制环节只能对可量测的扰动信号进行补偿，当作用于快速反射镜的扰动信号不可测量时，前馈控制环节将无法抑制，据此设计干扰观测器对快速反射镜系统中存在的所有扰动信号进行观测，并将观测到的扰动信号反馈到控制系统中，降低扰动引起的系统输出的稳态误差，系统受到随机振动扰动信号作用时，进入系统的扰动将被干扰观测器反馈到系统前向通路中， d ^ = ( ϵ + d ) G ( s ) G n - 1 ( s ) - ϵ ≈ d ]]>式中，ε是偏差信号，d是实际扰动信号，上式说明对于作用快速反射镜的扰动信号是可估的；步骤3、针对干扰观测器观测到的扰动信号与快速反射镜系统实际扰动之间存在延迟，造成控制系统的输出在初始阶段幅值较大的问题，设计基于干扰观测的复合控制方法，综合前馈校正与干扰观测反馈的优点，降低作用于快速反射镜系统的扰动信号对系统输出的影响，且该扰动信号是否可以测量时均能够降低对系统输出的影响，根据梅森增益公式： Y ( s ) D ( s ) = 1 Δ Σ k = 1 n p k Δ k = G ( s ) [ 1 - G c ( s ) ] + G n ( s ) G c 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于干扰观测的快速反射镜扰动抑制方法，其特征在于：该方法步骤如下：步骤1、在常规PID控制下，作用于快速反射镜的扰动信号会严重影响控制系统的稳态精度，据此设计前馈控制环节，用于补偿扰动信号引起的偏差，从而减小扰动对快速反射镜的影响在初始阶段的误差，系统在出现阶跃扰动时，前馈控制环节就可以补偿这个扰动信号造成的误差信号，Y(s)=G(s)[1+GC(s)GF(s)]1+GC(s)G(s)N(s)]]>式中，G(s)为被控快速反射镜，GC(s)为PID控制器，GF(s)为前馈校正环节，N(s)为扰动信号，当前馈校正环节GF(s)＝‑1/GC(s)时，可以使得在扰动作用下的系统输出为0，实现系统的全补偿，快速反射镜的PID控制器表示为：GC(s)=kp+ki1s+kdsTs+1]]>式中，kp、ki和kd为PID控制参数，T为滤波器系数；这样，前馈控制器GF(s)＝‑s(Ts+1)/[kpT+kd)s2+(kp+kiT)s+ki]，引入干扰观测器对系统进行进一步的抑制；步骤2、由于前馈控制环节只能对可量测的扰动信号进行补偿，当作用于快速反射镜的扰动信号不可测量时，前馈控制环节将无法抑制，据此设计干扰观测器对快速反射镜系统中存在的所有扰动信号进行观测，并将观测到的扰动信号反馈到控制系统中，降低扰动引起的系统输出的稳态误差，系统受到随机振动扰动信号作用时，进入系统的扰动将被干扰观测器反馈到系统前向通路中，d^=(ϵ+d)G(s)Gn-1(s)-ϵ≈d]]>式中，ε是偏差信号，d是实际扰动信号，上式说明对于作用快速反射镜的扰动信号是可估的；步骤3、针对干扰观测器观测到的扰动信号与快速反射镜系统实际扰动之间存在延迟，造成控制系统的输出在初始阶段幅值较大的问题，设计基于干扰观测的复合控制方法，综合前馈校正与干扰观测反馈的优点，降低作用于快速反射镜系统的扰动信号对系统输出的影响，且该扰动信号是否可以测量时均能够降低对系统输出的影响；根据梅森增益公式：Y(s)D(s)=1ΔΣk=1npkΔk=G(s)[1-Gc(s)]+Gn(s)Gc(s)G(s)1-Gc(s)+Gc(s)G(s)G-1(s)=G(s)[1-Gc(s)+Gn(s)Gc(s)]]]>式中G(s)是被控快速反射镜的传递函数，Gn(s)是快速反射镜名义模型的传递函数，Gc(s)为PID控制器；当扰动输出为0，有GF(s)＝1‑1/Gc(s)，由上式可以看出在前馈控制的快速反射镜系统中加入干扰观测器后，只需要在前馈环节中增加一个并联比例增益即可起到对加入干扰观测器后的扰动抑制。...

【技术特征摘要】
1.一种基于干扰观测的快速反射镜扰动抑制方法，其特征在于：该方法步骤如下：步骤1、在常规PID控制下，作用于快速反射镜的扰动信号会严重影响控制系统的稳态精度，据此设计前馈控制环节，用于补偿扰动信号引起的偏差，从而减小扰动对快速反射镜的影响在初始阶段的误差，系统在出现阶跃扰动时，前馈控制环节就可以补偿这个扰动信号造成的误差信号， Y ( s ) = G ( s ) [ 1 + G C ( s ) G F ( s ) ] 1 + G C ( s ) G ( s ) N ( s ) ]]>式中，G(s)为被控快速反射镜，GC(s)为PID控制器，GF(s)为前馈校正环节，N(s)为扰动信号，当前馈校正环节GF(s)＝-1/GC(s)时，可以使得在扰动作用下的系统输出为0，实现系统的全补偿，快速反射镜的PID控制器表示为： G C ( s ) = k p + k i 1 s + k d s T s + 1 ]]>式中，kp、ki和kd为PID控制参数，T为滤波器系数；这样，前馈控制器GF(s)＝-s(Ts+1)/[kpT+kd)s2+(kp+kiT)s+ki]，引入干扰观测器对系统进行进一步的抑制；步骤2、由于前馈控制环节只能对可量测的扰动信号进行补偿，当作用于快速反射镜的扰动信号不可测量时，前馈控制环节将无法抑制，据此设计干扰观测器对快速反射镜系统中存在的所有扰动信号进行观测，并将观测到的扰动信号反馈到控制系统中，降低扰动引起的系统输出的稳态误差，系统受到随机振动扰动信号作用时，进入系统的扰动将被干扰观测器反馈到系统前向通路中， d ^ = ( ϵ + d ) G ( s ) G n - 1 ( s ) - ϵ ≈ d ]]>式中，ε是偏差信号，d是实际扰动信号，上式说明对于作用快速反射镜的扰动信号是可估的；步骤3、针对干扰观测器观测到的扰动信号与快速反射镜系统实际扰动之间存在延迟，造成控制系统的输出在初始阶段幅值较大的问题，设计基于干扰观测的复合控制方法，综合前馈校正与干扰观测反馈的优点，降低作用于快速反射镜系统的扰动信号对系统输出的影响，且该扰动信号是否可以测量时均能够降低对系统输出的影响；根据梅森增益公式： Y ( ...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾志伟，谭毅，吴琼雁，任戈，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51