專(zhuān)利名稱(chēng)：一種快速傾斜鏡控制系統(tǒng)中串聯(lián)型pi-pi的控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及跟蹤控制領(lǐng)域，具體的涉及一種快速傾斜鏡控制系統(tǒng)中串聯(lián)型PI-PI 的控制器，用于實(shí)現(xiàn)光束位置的高精度控制，本控制器同樣適用于其他直線驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)， 比如變形鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
快速傾斜鏡廣泛用于自由空間光通信、自適應(yīng)光學(xué)、視軸穩(wěn)定中，是一種精密的光束校正技術(shù)。快速傾斜鏡控制系統(tǒng)一般是利用跟蹤傳感器(CCD、PSD、四象限等)提供的視軸誤差進(jìn)行閉環(huán)。近幾年，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了位置閉環(huán)和跟蹤環(huán)路結(jié)合的雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)。該雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)的方法主要利用高帶寬的位置閉環(huán)環(huán)路消除非線性影響，為跟蹤環(huán)路提供一個(gè)良好的控制對(duì)象。參見(jiàn)文獻(xiàn)(large high performance fast steering mirrors with fpga-embedded controls, felix E. morgan. SPIE Vol. 7466)，該文獻(xiàn)中已經(jīng)給出快速傾斜鏡位置控制方法和實(shí)現(xiàn)途徑。簡(jiǎn)單的說(shuō)，采用高帶寬的位置閉環(huán)后，跟蹤環(huán)路控制對(duì)象可以看成一個(gè)簡(jiǎn)單的延遲環(huán)節(jié)。要實(shí)現(xiàn)良好的跟蹤性能，通常是提高跟蹤環(huán)路控制器(通常都是PI)增益。但是由于受到跟蹤傳感器延遲的影響，很難實(shí)現(xiàn)高帶寬。減小延遲對(duì)于成像質(zhì)量、探測(cè)精度都會(huì)帶來(lái)影響。此外，高帶寬也容易帶來(lái)更多的噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種快速傾斜鏡控制系統(tǒng)中串聯(lián)型PI-PI的控制器，在不提高跟蹤帶寬的前提下，提高系統(tǒng)控制性能。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案為一種快速傾斜鏡控制系統(tǒng)中串聯(lián)型 PI-PI的控制器，其特征在于該串聯(lián)型PI-PI的控制器不是簡(jiǎn)單的PI控制器，而是由2個(gè)串聯(lián)型的PI控制器組成，即2個(gè)實(shí)數(shù)零點(diǎn)和2個(gè)積分器構(gòu)成的控制器，用公式描述如下G (s) = —————-式中，G。(s)為跟蹤控制器、Kp為控制器增益，1\、Td為實(shí)數(shù)零點(diǎn)。并且其中2個(gè)實(shí)數(shù)零點(diǎn)參數(shù)滿足Ti = 4Td。進(jìn)一步的，該串聯(lián)型PI-PI的控制器的參數(shù)整定準(zhǔn)則是在滿足可以設(shè)置相位裕量(P.M.)、幅值裕量(G.M.)條件下，最大化控制器增益；在這里設(shè)(P.M.)不小于45°、 (G. M.)不小于6dB,用數(shù)學(xué)函數(shù)描述如下Max Kp
GM. > 6dBs.t.\π
L 4基于該參數(shù)整定準(zhǔn)則得到控制器參數(shù)整定結(jié)果如下
權(quán)利要求
1.一種快速傾斜鏡控制系統(tǒng)中串聯(lián)型PI-PI的控制器，其特征在于該串聯(lián)型PI-PI 的控制器是由2個(gè)串聯(lián)型的PI控制器組成，即2個(gè)實(shí)數(shù)零點(diǎn)和2個(gè)積分器構(gòu)成的控制器， 用公式描述如下Kp(TiS + l)(TdS + l) 訓(xùn)=- -式中，G。(s)為跟蹤控制器、Kp為控制器增益，1\、Td為實(shí)數(shù)零點(diǎn)； 并且其中2個(gè)實(shí)數(shù)零點(diǎn)參數(shù)滿足Ti = 4Td。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速傾斜鏡控制系統(tǒng)中串聯(lián)型PI-PI的控制器，其特征在于該串聯(lián)型PI-PI的控制器的參數(shù)整定準(zhǔn)則是在滿足可以設(shè)置相位裕量(P. M.)、幅值裕量(G. M.)條件下，最大化控制器增益；在這里設(shè)(P. M.)不小于45°、(G. M.)不小于6dB， 用數(shù)學(xué)函數(shù)描述如下Max KpGM. > 6dB叉廣]πL 4基于該參數(shù)整定準(zhǔn)則得到控制器參數(shù)整定結(jié)果如下K - J^ ττ _ 切ΚΡ - Αη 2，1 d -——，A.-—— 40rπ π式中，τ為系統(tǒng)延遲時(shí)間，幾倍于CCD傳感器的采樣時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種快速傾斜鏡控制系統(tǒng)中串聯(lián)型PI-PI的控制器，其特征在于所述的參數(shù)整定準(zhǔn)則，該串聯(lián)型PI-PI的控制器實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下根據(jù)相位裕量定義以及三角變換公式，將控制器增益轉(zhuǎn)化為增益穿越頻率和延遲時(shí)間的如下函數(shù)K _0.2w2g sin2 (0.25^· +r)P - 5 cos(0.25^· + wgr) + cos2 (0.25^· + wgr) +16SKv式中，wg為增益穿越頻率式取得極值的條件是# = 0，于是有 τ ^ 0.25 π ；將這個(gè)結(jié)果帶入相位裕量定義的方程中就可以得到控制器參數(shù)的整定結(jié)果；并將該參數(shù)整定結(jié)果帶入幅值裕量定義中，可以求出P.M. = 0. 25 π , G. Μ. = 6.2dB，滿足權(quán)利要求2所述的參數(shù)整定準(zhǔn)則。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種快速傾斜鏡控制系統(tǒng)中串聯(lián)型PI-PI的控制器，該控制器由2個(gè)串聯(lián)型的PI控制器組成，即2個(gè)實(shí)數(shù)零點(diǎn)和2個(gè)積分器構(gòu)成的控制器，該控制器參數(shù)整定準(zhǔn)則為在滿足可設(shè)置的相位裕量、幅值裕量的情況下，最大化控制器增益；根據(jù)這一個(gè)準(zhǔn)則得到了參數(shù)整定結(jié)果，并將該控制器與傳統(tǒng)的PI控制器進(jìn)行了比較，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該控制器在不增加跟蹤帶寬的前提下，提高系統(tǒng)控制性能。
文檔編號(hào)G05B11/42GK102385312SQ20111032801
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者任戈, 傅承毓, 包啟亮, 唐濤, 蔣晶, 黃永梅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所