精瞄镜率相关迟滞特性的补偿方法技术

精瞄镜率相关迟滞特性的补偿方法,解决了精跟踪系统漏扫的问题，属于压电陶瓷迟滞特性补偿领域。本发明专利技术包括：对精瞄镜施加满幅值的频率低于1Hz的正弦信号，辨识得到逆迟滞上升曲线g(y)，对精瞄镜施加满幅值的频率高于1Hz的扫频信号，辨识得到由频率或者速率增加而引起的逆迟滞变化效应曲线h(v)；精瞄镜的率相关逆迟滞上升曲线f(y,v)＝g(y)+h(v)，若当前时刻的期望输出角度y的前一个拐点A

【技术实现步骤摘要】
精瞄镜率相关迟滞特性的补偿方法


[0001]本专利技术涉及一种精瞄镜率相关迟滞特性的补偿方法，属于压电陶瓷迟滞特性补偿领域。

技术介绍

[0002]现阶段由于星间组网的迫切需求，激光通信终端正朝着低功耗、小型化方向发展，因此无信标光捕获技术是现阶段的研究热点之一。无信标光捕获技术就是激光通信发射终端只通过信号光进行瞄准，并使用相应的扫描方式对不确定区域(接收终端可能出现的位置区域)进行扫描，直到接收终端被探测到为止。实现无信标光捕获技术的有效途径之一便是选择合适的扫描方式。相比于传统的只有粗跟踪系统扫描，其更适合于复合扫描，即粗跟踪系统和精跟踪系统同时进行扫描。一般在实际的工程应用中，精跟踪系统的执行器件是精瞄镜或者音圈电机，由于星间存在严重的辐射效应，因此由压电陶瓷驱动的精瞄镜是相对合适的选择，如图1所示。
[0003]压电陶瓷利用压电逆效应原理进行工作，在其两端施加电压，压电陶瓷会伸长相应的距离。然而压电陶瓷固有的迟滞特性，使得精瞄镜在X轴和Y轴方向也存在迟滞效应，即输入电压信号和偏转角度并非是简单的线性关系，而是呈现出迟滞环，且该环的形状与输入信号的频率或者速率相关，如图2所示。在图中可以发现，当输入正弦信号的频率小于1Hz时，迟滞环的形状基本保持不变；当输入正弦信号的频率大于1Hz时，并随着频率的增加，迟滞环的形状变得越来越宽，此特性称之为率相关迟滞特性。在精瞄镜扫描阶段，率相关迟滞特性使得实际螺旋扫描曲线(图3补偿前的)偏离标准的螺旋线(图3的目标轨迹)，从而引起扫描轨迹的误差，造成激光通信终端漏扫的情况，最终导致捕获失败。
[0004]目前，针对精瞄镜率相关迟滞特性问题，主要有闭环控制和前馈补偿两种策略。对精瞄镜进行闭环控制会增加设备的成本和体积，降低其扫描带宽，此方法并不是最优选择。相反，前馈补偿控制只需要一个补偿算法便可实现，无需传感器，且不会降低扫描带宽。但是，前馈补偿方法的控制精度依赖于对迟滞特性的建模精度，一个结构简洁且精确的建模方法是实现前馈补偿的关键。现有的方法，如改进的PI模型、Bouc
‑
Wen模型、改进的Preisach模型和基于人工智能的神经网络模型等，都可对精瞄镜率相关的迟滞特性进行高精度建模，但是其结构相对比较复杂，需要辨识参数较多。

技术实现思路

[0005]针对精跟踪系统漏扫的问题，本专利技术提供一种精瞄镜率相关迟滞特性的补偿方法。
[0006]本专利技术的精瞄镜率相关迟滞特性的补偿方法，包括：
[0007]S1、辨识精瞄镜的率相关逆迟滞上升曲线：
[0008]对精瞄镜施加满幅值的频率低于1Hz的正弦信号，辨识得到逆迟滞上升曲线g(y)，对精瞄镜施加满幅值的频率高于1Hz的扫频信号，辨识得到由频率或者速率增加而引起的
逆迟滞变化效应曲线h(v)；
[0009]精瞄镜的率相关逆迟滞上升曲线f(y,v)＝g(y)+h(v)，y为精瞄镜的期望输出角度，f(y,v)表示相关迟滞上升曲线上与y对应的精瞄镜输入电压，v为期望输出角度的速率；
[0010]S2、根据当前时刻期望输出角度y，确定补偿后的输入电压x：
[0011]当期望输出角度y的前一个拐点A
c
为左拐点，x＝x
c
‑
f(y
‑
y
c
,v)，x
c
和y
c
表示拐点A
c
对应的输入电压和期望输出角度；
[0012]当期望输出角度y的前一个拐点A
c
为右拐点，x＝x
c
+f(y
c
‑
y,v)；
[0013]S3、将补偿后的输入电压x输入到精瞄镜，精瞄镜输出角度，完成精瞄镜的率相关迟滞补偿。
[0014]作为优选，S1中，逆迟滞上升曲线g(y)为：
[0015]g(y)＝a5·
y5+a4·
y4+a3·
y3+a2·
y2+a1·
y
[0016]a5,a4,a3,a2,a1为g(y)的参数。
[0017]作为优选，辨识得到逆迟滞上升曲线g(y)的方法为：
[0018]对精瞄镜施加满幅值的频率低于1Hz的正弦信号得到的输入电压和输出角度，并找到上升阶段的输出角度和输入电压利用最小二乘法对g(y)进行辨识，得到g(y)的参数[a5,a4,a3,a2,a1]T
＝(Λ
T
·
Λ)
‑1·
Λ
T
·
Ω；
[0019](1)
…
(l)表示1时刻到l时刻的相应数据。
[0020]作为优选，由频率或者速率增加而引起的逆迟滞变化效应曲线h(v)：
[0021]h(v)＝b
·
v+c
[0022]b、c为h(v)的参数。
[0023]作为优选，辨识得到由频率或者速率增加而引起的逆迟滞变化效应曲线h(v)的方法为：
[0024]对精瞄镜施加满幅值的频率高于1Hz的扫频信号得到的输入电压和输出角度，并找到上升阶段的输入电压X＝[x(1),x(2),
…
,x(l)]T
、输出角度Y＝[y(1),y(2),
…
,y(l)]T
和输出角度的速率V＝[v(1),v(2),
…
,v(l)]T
；
[0025]把Y＝[y(1),y(2),
…
,y(l)]T
输入到辨识得到的逆迟滞上升曲线g(y)中，获得固有逆迟滞效应向量G＝[g(1),g(2),
…
,g(l)]T
；
[0026]构建输出角度的速率数据矩阵和只与频率或者速率相关的逆迟滞输出数据矩阵利用最小二乘方法获取h(v)的参数
[0027]作为优选，S2包括：
[0028]S21、定义栈X
L
、栈Y
L
、栈X
R
、栈Y
R
和变量y
pre_1
＝0、变量y
pre_2
＝0、变量x
pre_1
＝0、变量Flag；
[0029]S22、输入当前k时刻的期望输出角度y(k)，利用y(k)前向做差计算输入信号的速率v(k)；
[0030]S23、若(y(k)
‑
y
pre_1
)(y
pre_1
‑
y
pre_2
)＜0，则y
pre_1
是拐点，执行S24；否则，y
pre_1
不是拐点，执行S26；
[0031]S24、若(y(k)
‑
y
pre_1
)＞0，y
pre_1
为左拐点，执行S25_a；否则，y
pre_1
为右本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.精瞄镜率相关迟滞特性的补偿方法，其特征在于，所述方法包括：S1、辨识精瞄镜的率相关逆迟滞上升曲线：对精瞄镜施加满幅值的频率低于1Hz的正弦信号，辨识得到逆迟滞上升曲线g(y)，对精瞄镜施加满幅值的频率高于1Hz的扫频信号，辨识得到由频率或者速率增加而引起的逆迟滞变化效应曲线h(v)；精瞄镜的率相关逆迟滞上升曲线f(y,v)＝g(y)+h(v)，y为精瞄镜的期望输出角度，f(y,v)表示相关迟滞上升曲线上与y对应的精瞄镜输入电压，v为期望输出角度的速率；S2、根据当前时刻期望输出角度y，确定补偿后的输入电压x：当期望输出角度y的前一个拐点A
c
为左拐点，x＝x
c
‑
f(y
‑
y
c
,v)，x
c
和y
c
表示拐点A
c
对应的输入电压和期望输出角度；当期望输出角度y的前一个拐点A
c
为右拐点，x＝x
c
+f(y
c
‑
y,v)；S3、将补偿后的输入电压x输入到精瞄镜，精瞄镜输出角度，完成精瞄镜的率相关迟滞补偿。2.根据权利要求1所述的精瞄镜率相关迟滞特性的补偿方法，其特征在于，S1中，逆迟滞上升曲线g(y)为：g(y)＝a5·
y5+a4·
y4+a3·
y3+a2·
y2+a1·
ya5,a4,a3,a2,a1为g(y)的参数。3.根据权利要求2所述的精瞄镜率相关迟滞特性的补偿方法，其特征在于，辨识得到逆迟滞上升曲线g(y)的方法为：对精瞄镜施加满幅值的频率低于1Hz的正弦信号得到的输入电压和输出角度，并找到上升阶段的输出角度和输入电压利用最小二乘法对g(y)进行辨识，得到g(y)的参数[a5,a4,a3,a2,a1]
T
＝(Λ
T
·
Λ)
‑1·
Λ
T
·
Ω；(1)
…
(l)表示1时刻到l时刻的相应数据。4.根据权利要求1所述的精瞄镜率相关迟滞特性的补偿方法，其特征在于，由频率或者速率增加而引起的逆迟滞变化效应曲线h(v)：h(v)＝b
·
v+cb、c为h(v)的参数。5.根据权利要求4所述的精瞄镜率相关迟滞特性的补偿方法，其特征在于，辨识得到由频率或者速率增加而引起的逆迟滞变化效应曲线h(v)的方法为：对精瞄镜施加满幅值的频率高于1Hz的扫频信号得到的输入电压和输出角度，并找到上升阶段的输入电压X＝[x(1),x(2),
…
,x(l)]
T
、输出角度Y＝[y(1),y(2),
…
,y(l)]
T
和输出角度的速率V＝[v(1),v(2),
…
,v(l)]
T
；把Y＝[y(1),y(2),
…
,y(l)]
T
输入到辨识得到的逆迟滞上升曲线g(y)中，获得固有逆迟滞效应向量G＝[g(1),g(2),
…
,g(l)]
T
；
构建输出角度的速率数据矩阵和只与频率或者速率相关的迟滞输出数据矩阵利用最小二乘方法获取h(v)的参数6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹开锐，郝广路，李锐，杜海瑞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：