一种激光扫描振镜模型预测控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光扫描振镜模型预测控制方法及系统，基于振镜电机离散数学模型进行状态预测和最优控制，计算输出信号；基于实际测得的电流、角度和实际输出的电压信号，以及预测步长内的参考命令轨迹的控制输入信号输出信号向量的评价函数；基于FPGA及Verilog HDL编码的专用数字控制电路及各功能模块。本发明专利技术使得激光扫描振镜的跟随误差有效减小，保证控制频率达到要求的同时，实现低功耗、高精度的控制效果。度的控制效果。度的控制效果。

【技术实现步骤摘要】
一种激光扫描振镜模型预测控制方法及系统


[0001]本专利技术属于扫描振镜电机控制
，具体涉及一种激光扫描振镜模型预测控制方法及系统。

技术介绍

[0002]目前激光扫描振镜的电机控制方法中最常见的是PID控制。PID控制控制策略结构简单，对位置、速度和电流都有较好的控制效果等特点，广泛应用于各种工业控制领域。但由于扫描振镜工作时受到的热影响和电磁影响，且长时间工作中，各项参数均易发生改变，PID控制对参数变化的敏感性会使得电机控制效果不理想，易出现超调抖动等现象。并且传统的振镜控制方法在针对高速的轨迹跟踪时，会出现多个扫描轴跟随轨迹耦合效果较差，从而使得扫描图像出现失真等现象。
[0003]现在的激光扫描振镜一般采用基于当前命令或系统特征来实现对轨迹高精度响应的控制方法。这些控制系统性能调节复杂，并且对于扫描振镜的高频摆动、多轴耦合的运动方式，易出现由于跟踪误差导致的扫描图像失真。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种激光扫描振镜模型预测控制方法及系统，能够本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光扫描振镜模型预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、视振镜驱动系统状态决定，若处于暂停或初始状态，振镜驱动系统执行参考轨迹序列初始化操作，将参考轨迹序列的初始值均置零；保留运行过程中原参考轨迹序列；振镜驱动系统进行状态信息采样操作，采集当前时刻振镜电机的角度、角速度和电流；S2、将步骤S1振镜驱动系统在k时刻得到的k+p时刻参考轨迹r(k+p|k)置于步骤S1得到的参考轨迹序列的末尾，原有轨迹数据向前递进一位，得到新的参考轨迹序列；S3、根据步骤S1振镜驱动系统在k时刻获得系统状态量x(k)和振镜电机作为被控对象的数学模型，计算振镜驱动系统在k+1时刻的系统状态量估计值x(k+1|k)；S4、设置增益系数矩阵，通过对振镜模型预测控制方法计算步骤S2得到的新的参考轨迹序列中参考轨迹部分对输出的影响，得到k+1时刻关于参考轨迹的控制器输出信号分量；依据模型预测控制算法，基于步骤S3得到的系统状态量估计值得到振镜驱动系统在k+1时刻关于状态量的控制系统输出分量；S5、将步骤S4得到的k+1时刻关于参考轨迹的控制器输出信号分量和k+1时刻关于状态量的控制系统输出分量结合得到总控制信号；S6、在k+1时刻，将步骤S5得到的总控制信号加载至振镜电机输入端完成控制。2.根据权利要求1所述的激光扫描振镜模型预测控制方法，其特征在于，步骤S1中，视振镜驱动系统当前工作状态决定是否对参考轨迹进行置零操作，但振镜驱动系统通过振镜的角度传感器、电流传感器、信号放大器和模数转换器等器件进行振镜角度和电流等振镜状态信息采样是始终保持运作的。3.根据权利要求1所述的激光扫描振镜模型预测控制方法，其特征在于，步骤S3中，振镜驱动系统将从上位机获得的振镜在k+p时刻的参考轨迹加载至振镜驱动系统参考轨迹序列末尾，并将参考轨迹的第一个数据弹出舍弃。4.根据权利要求1所述的激光扫描振镜模型预测控制方法，其特征在于，步骤S3中，振镜驱动系统的振镜电机摆动的角速度值由角度值差分得到，并与角度和电流共同构成振镜系统状态向量，系统状态量估计值x(k+1|k)为：其中，A
d
为振镜系统状态空间模型的状态转移矩阵，x(k)为振镜系统状态向量，B
d
为振镜系统状态空间模型的输入矩阵，u(k)为k时刻的振镜系统输入。5.根据权利要求1所述的激光扫描振镜模型预测控制方法，其特征在于，步骤S4中，以预测跟随误差和控制信号序列为基础的价值函数和状态预测序列，并求解简化得到增益系数矩阵。6.根据权利要求5所述的激光扫描振镜模型预测控制方法，其特征在于，价值函数J为：J＝(R(k)
‑
CGX(k)
‑
CHU(k))...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙铮，朱铭，徐俊，王文君，梅雪松，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：