双输入双输出快速反射镜伺服机构参数辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种双输入双输出快速反射镜伺服机构参数辨识方法，首先建立双输入双输出快速反射镜伺服机构参数模型，由耦合矩阵乘以驱动轴系下伺服机构脉冲传递函数矩阵得到。随后生成激励信号,获取双输入单输出脉冲传递函数,然后分别置双输入单输出脉冲传递函数矩阵其中一路输入为零，得到单输入单输出脉冲传递函数，再采用相关—辅助变量最小二乘参数估计法获取单输入单输出脉冲传递函数。最后利用脉冲传递函数矩阵各系数相等，建立零点多项式系数方程组和极点多项式系数方程组，通过解方程组获得耦合矩阵和伺服机构脉冲传递函数。本发明专利技术了克服了传统方法计算量大、精度降低的缺点，实现了精准参数辨识。实现了精准参数辨识。实现了精准参数辨识。

【技术实现步骤摘要】
双输入双输出快速反射镜伺服机构参数辨识方法


[0001]本专利技术涉及伺服机构参数辨识
，尤其涉及一种双输入双输出快速反射镜伺服机构参数辨识方法。

技术介绍

[0002]快速反射镜是光发射端与光接收端之间控制光束指向的精密光学仪器，用于激光跟瞄、激光通信、自适应光学等高精密光学系统中。快速反射镜的性能对高精密光学系统的性能至关重要。随着高精密光学系统的发展，对快速反射镜的高精度、体积小的需求尤为迫切。
[0003]目前快速反射镜采用具有无摩擦、无空回、无需润滑等优点的柔性支撑方式，柔性支撑采用两对相互垂直的柔顺单元构成。虽然对柔性支承细颈处的形位公差进行了严格的控制，对四个柔顺单元的空间关系做出了明确的要求，但柔顺单元采用慢走丝的加工工艺，在加工过程中难免引入误差。同时，快速反射镜伺服机构采用人工装配，在装配过程中也会引入装配误差。以上加工误差和装配误差的引入改变了快速反射镜内框架和外框架的相对关系，影响伺服机构参数模型的精度，进而影响采用先进控制算法的闭环控制系统的控制精度。
[0004]快速反射镜伺服机构是双输入双输出的机电系统，属于多输入多输出系统范畴。对于多输入多输出系统的参数估计，通常采用传递函数矩阵参数估计方法、马尔科夫(Markov)参数估计方法以及输入输出差分方程参数估计方法等，以上参数估计方法均需要进行大量的矩阵运算与逆运算，计算量大，同时由于采样引入的噪声使参数辨识的精度降低。
[0005]所以，如何快速实现对快速反射镜伺服机构的参数进行辨识，成为当前需要解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种双输入双输出快速反射镜伺服机构参数辨识方法，解决如何快速实现对快速反射镜伺服机构的参数进行精准辨识的问题。
[0007]本专利技术提供一种双输入双输出快速反射镜伺服机构参数辨识的方法，包括如下步骤：
[0008]建立坐标系，由四个位置传感器所构成的轴系为系统轴系，由四个音圈电机所构成的轴系为驱动轴系；
[0009]建立双输入双输出快速反射镜伺服机构参数模型,两组对角配置的音圈电机驱动信号作为双输入端，两组对边配置的位置传感器位置角作为双输出端；
[0010]生成激励信号，通过激励信号输入到双输入端，将双输入双输出脉冲传递函数矩阵分解为两个双输入单输出脉冲传递函数矩阵；
[0011]分别置双输入单输出脉冲传递函数矩阵的其中一路输入为零，得到四组单输入单
输出脉冲传递函数；
[0012]采用相关
‑‑
辅助变量最小二乘参数估计法获取每个单输入单输出脉冲传递函数的参数矩阵；
[0013]基于脉冲传递函数矩阵各系数相等的关系，建立零点多项式系数方程组和极点多项式系数方程组，通过解方程组获得耦合矩阵和伺服机构脉冲传递函数。
[0014]进一步地，所述驱动轴系α
‑
O
‑
β由相互垂直的α轴和β轴构成；所述系统轴系由相互垂直的X轴和Y轴构成；θ
x
表示驱动轴系α轴与系统轴系X轴的夹角，方向定义为X轴以O点为旋转中心逆时针转向α轴为正；θ
Y
表示驱动轴系β轴与系统轴系Y轴的夹角，方向定义为Y轴以O点为旋转中心逆时针转向β轴为正。
[0015]进一步地，所述双输入双输出快速反射镜伺服机构参数模型为：
[0016][0017]其中，U(k)＝[u
α
(k)u
β
(k)]T
为音叉电机的双输入信号，Φ(k)＝[φ
x
(k)φ
y
(k)]T
为位置传感器测量得到的双输出信号，X0Y坐标系下的传递函数G
XoY
(z
‑1)的参数表示形式为：
[0018][0019]进一步地，所述激励信号是采用14级二值伪随机序列作为辨识的输入信号F(S)，信号值为1或
‑
1，循环周期数为N
p
＝2
14
‑
1＝16383，其本征多项式为：
[0020]进一步地，利用所述激励信号输入双输入端，所述双输入双输出快速反射镜伺服机构参数模型分解为两个双输入单输出的参数模型，双输入输入u
α
(k)、u
β
(k)与单输出φ
x
(k)之间的参数模型为：
[0021][0022]双输入输入u
α
(k)、u
β
(k)与单输出φ
Y
(k)之间的参数模型为：
[0023][0024]进一步地，所述分别置所述双输入端中的一路输入为零，是分别令u
α
(k)＝0及u
β
(k)＝0，将零输入对应的输出项视为噪声γ
βx
、γ
αx
，则输出角φ
x
(k)、φ
y
(k)分别与输入u
α
(k)、输入u
β
(k)之间的关系φ
xα
(k)、φ
xβ
(k)、φ
yα
(k)、φ
yβ
(k)表示为：
[0025][0026][0027][0028][0029]由此，获得了四个单输入单输出的关系式，对应关系式获得四个对应的参数矩阵对应关系式获得四个对应的参数矩阵
[0030]进一步地，所述采用相关
‑‑
辅助变量最小二乘参数估计法获取每个单输入单输出脉冲传递函数的参数矩阵，具体分为如下步骤：
[0031]给定初始条件，所述初始条件包括参数矩阵初值和协方差矩阵P的初值；
[0032]通过递推算法获取第k步时刻输入信号的自相关函数及输入与输出的互相关函数：
[0033]根据互相关函数构造数据向量，根据互相管函数构造辅助向量；
[0034]根据互相关函数、数据向量、辅助向量递推计算获得待求解的参数矩阵。
[0035]进一步地，在获得待求解的参数矩阵后，进一步计算获得损失函数用于评价辨识误差大小，在参数矩阵的最大偏差小于设定阈值后，输出参数矩阵。
[0036]进一步地，在辨识获得参数矩阵后，得到通过辨识得到的伺服机构脉冲传递函数矩阵为：
[0037][0038]令通过参数辨识得到的伺服机构脉冲传递函数矩阵与初始建立的脉冲传递函数矩阵G
XoY
(z
‑1)各系数相等，建立极点多项式系数方程组为：
[0039][0040]建立零点多项式系数方程组为：
[0041][0042]进一步地，通过对零点多项式系数方程组和极点多项式系数方程组进行求解，得到各系数为：
[0043][0044]本专利技术的双输入双输出快速反射镜伺服机构参数辨识方法，解决以往方法需要进行大量的矩阵运算与逆运算、计算量大、由于采样引入的噪声使参数辨识的精度降低的缺点，从而影响控制系统精度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双输入双输出快速反射镜伺服机构参数辨识的方法，其特征在于，包括如下步骤：建立坐标系，由四个位置传感器所构成的轴系为系统轴系，由四个音圈电机所构成的轴系为驱动轴系；建立双输入双输出快速反射镜伺服机构参数模型,两组对角配置的音圈电机驱动信号作为双输入端，两组对边配置的位置传感器位置角作为双输出端；生成激励信号，通过激励信号输入到双输入端，将双输入双输出脉冲传递函数矩阵分解为两个双输入单输出脉冲传递函数矩阵；分别置双输入单输出脉冲传递函数矩阵的其中一路输入为零，得到四组单输入单输出脉冲传递函数；采用相关
‑‑
辅助变量最小二乘参数估计法获取每个单输入单输出脉冲传递函数的参数矩阵；基于脉冲传递函数矩阵各系数相等的关系，建立零点多项式系数方程组和极点多项式系数方程组，通过解方程组获得耦合矩阵和伺服机构脉冲传递函数。2.根据权利要求1的双输入双输出快速反射镜伺服机构参数辨识的方法，其特征在于：所述驱动轴系α
‑
O
‑
β由相互垂直的α轴和β轴构成；所述系统轴系由相互垂直的X轴和Y轴构成；θ
x
表示驱动轴系α轴与系统轴系X轴的夹角，方向定义为X轴以O点为旋转中心逆时针转向α轴为正；θ
Y
表示驱动轴系β轴与系统轴系Y轴的夹角，方向定义为Y轴以O点为旋转中心逆时针转向β轴为正。3.根据权利要求2的双输入双输出快速反射镜伺服机构参数辨识的方法，其特征在于，所述双输入双输出快速反射镜伺服机构参数模型为：其中，U(k)＝[u
α
(k)u
β
(k)]
T
为音叉电机的双输入信号，Φ(k)＝[φ
x
(k)φ
y
(k)]
T
为位置传感器测量得到的双输出信号，X0Y坐标系下的传递函数G
XoY
(z
‑1)的参数表示形式为：4.根据权利要求3的双输入双输出快速反射镜伺服机构参数辨识的方法，其特征在于，所述激励信号是采用14级二值伪随机序列作为辨识的输入信号F(S)，信号值为1或
‑
1，循环周期数为N
p
＝2
14
‑
1＝16383，其本征多项式为：5.根据权利要求4的双输入双输出快速反射镜伺服机构参数辨识的方法，其特征在于，利用所述激励信号输入双输入端，所述双输入双输出快速反射镜伺服机构参数模型分解为两个双输入单输出的参数模型，双输入输入u
α
...

【专利技术属性】
技术研发人员：方连伟，史守峡，蒋志勇，
申请(专利权)人：北京遥感设备研究所，
类型：发明
国别省市：