1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室，吉林长春130033
在某型面阵分幅步进成像的航空光电载荷中，俯角分幅步进控制系统存在位置给定突变以及电机启停导致机身整体微晃动的问题，使系统调整时间延长超过时序控制并影响成像效果。提出了串级动态复合限幅控制方法，在带有Anti-Windup的主副回路串级控制基础上，根据“一周拍照开始信号”和“位置/速度控制信号”动态规划电压限幅和速度限幅的幅值，实现对步进给定突变的自适应以及根据需要减小机身整体微晃动影响，最终满足载荷时序控制要求。控制实验测试及动态成像实验表明：在该航空光电载荷俯角分幅步进控制系统采用串级动态复合限幅控制后，实现了拍照段步进位置和返程段回位控制的快速性和稳态性能，拍照段位置步进控制的稳态调整时间缩短了26.56%，返程段位置回位控制的稳态调整时间缩短了18.47%。该方法满足载荷时序控制要求，提高了动态成像的横向像移补偿效果。
航空光电载荷 航空相机 限幅 抗饱和 串级控制 airborne optical electronic load aerial camera amplitude limitation anti-windup cascade control 光学 精密工程
2023, 31(13): 1922
针对可重复使用运载器(RLVs)再入过程中的不确定、舵面失效及饱和的容错控制问题, 提出了一种基于固定时间干扰观测器(FTDO)结合辅助抗饱和系统的反步控制策略。首先, 设计一种基于超螺旋理论的固定时间干扰观测器, 除保证对系统中干扰、不确定和舵面失效作用的准确估计外, 还能有效提高对变频干扰的估计精度。其次, 针对RLV再入时舵面易发生饱和故障的问题, 设计辅助补偿系统以使舵面尽快退出饱和状态。仿真结果表明, 该容错控制方法有效解决了舵面的部分失效及饱和问题, 对干扰和不确定有较强的抑制作用, 能够提高RLV再入段姿态控制系统的控制精度和鲁棒性能。
可重复使用运载器 容错控制 反步控制 固定时间干扰观测器 变频干扰 抗饱和 RLV fault-tolerant control backstepping control FTDO disturbance with variable frequencies anti-saturation
飞行时间测量是三维感知系统的重要原理之一。近年来随着半导体技术的发展, 基于信号相关法的飞行时间测量系统以其无活动部件、高集成度、低功耗的优势, 在三维成像领域迅速发展。文中系统研究了基于信号相关的飞行时间测量技术的数学原理, 分析了其误差来源及其数学模型, 并进行了横向对比。研究结果表明: 飞行时间成像系统的光源误差、多路径误差和环境光是制约测量精度和适用范围的主要因素。
三维感知 飞行时间 相关函数 主动式成像 抗饱和 3D sensation time-of-flight correlation function active imaging anti-saturation 红外与激光工程
2019, 48(11): 1113002
1 火箭军工程大学, 西安 710025
2 西北工业大学航天学院, 西安 710072
当高超声速飞行器改变飞行状态时, 若采用传统的状态反馈方法进行姿态控制系统设计, 为保持系统稳定, 需在不同的平衡点反复进行线性化计算, 计算过程十分复杂。另外, 在飞行器高速飞行的过程中存在输入约束, 还需考虑执行器饱和的问题。针对以上问题, 采用两步法进行控制系统的设计: 首先, 设计了基于线性变参数(LPV)系统的模型参考控制器, 采用奇异值分解与线性矩阵不等式计算得到控制器系统矩阵与反馈增益, 在飞行状态发生变化后, 实现对指令信号的跟踪响应;然后, 考虑到执行器饱和的情况, 引入抗饱和补偿器, 采用LQR最优控制理论计算补偿器增益, 实现对控制输入限幅约束。通过仿真表明, 设计的控制器超调量较小, 调节时间较短, 且有效地减小了控制器设计过程的计算量。
高超声速飞行器 姿态控制系统 LPV 系统 模型参考控制器 抗饱和补偿器 hypersonic vehicle attitude control system LPV system model reference controller anti-windup compensator
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
为了解决传统比例-微分-积分(PID)控制器在精密光束指向系统（FPB）应用中存在的控制精度与超调量之间的矛盾, 并使其可在现有控制系统硬件平台中应用, 设计了一种数字复合PID控制器。该控制器采用了传统PID、前馈补偿以及抗积分饱和算法三部分综合而成, 在控制器复杂性和处理时间不显著增加的前提下, 缩短了调节时间及过冲, 改善FPB系统的指向精度及动态特性; 对该控制器的结构进行了分析, 并与采用传统PID控制器的FPB进行了对比试验。结果表明, 在相同的实验条件下, 采用复合PID控制器的FPB系统与采用传统PID控制器的FPB系统相比, 调整时间缩短了约11.4%, 最大超调量从12.7%降至1.8%。在现有计算能力受限的控制系统平台上, 可实现FPB系统性能的有效提升。
测量与计量 精密光束指向 前馈补偿 抗饱和积分 measurement and metrology fine pointer of beam feed forward compensation anti-saturation integral
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 东北师范大学 物理学院, 吉林 长春 130024
针对地基大口径望远镜伺服系统的抗扰动问题, 提出了一种抗扰动控制算法。该算法采用双闭环控制结构: 内环为高带宽的电流环, 采用PI控制器; 外环为速度环; 采用线性自抗扰控制器, 通过线性扩张状态观测器辨识出系统扰动, 然后将该扰动前馈到系统控制量中去, 构成复合校正系统。为解决大动态输入引起的控制器饱和问题, 状态观测器的输入控制量加入了抗饱和控制算法, 保证了系统的稳定性和良好的动态特性。仿真和实验结果表明: 与传统的PI控制器相比, 引入抗饱和功能的自抗扰控制器在高低速均可以获得良好的动态性能; 在低速平稳跟踪实验中, 速度波动误差(RMS)由0.000 68 (°)/s降低到0.000 32 (°)/s。实验结果证明提出的方法能够有效提高伺服系统抗扰动能力和速度跟踪的平稳性。
地基望远镜 扰动抑制 线性自抗扰控制 交流永磁同步电机 抗饱和 低速性能 ground-based telescope disturbance rejection linear active disturbance rejection control permanent magnet synchronous motor anti-windup low-speed performance 光学 精密工程
2017, 25(10): 2627
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
航空相机位角控制系统在大给定行程条件下易出现积分Windup现象, 从而影响系统的动态性能。为了提高位角控制系统在大给定输入条件下的动态响应性能, 提出采用基于Anti-Windup的变结构自适应抗饱和PID控制法来设计位角控制系统。采用主副串级双回路的位置控制策略, 在速度内环采用了基于Anti-Windup的变结构自适应PID控制的补偿环节, 并采用基于实数编码遗传算法的PID整定方法对速度内环PID初始参数进行整定, 参数选取最优指标时对超调采取惩罚功能, 使位角控制系统在大给定行程输入下仍能达到比较满意的性能。实验表明: 采用基于Anti-Windup的变结构自适应PID控制的控制策略, 避免了位角反射镜在检焦结束后的回位阶段进入饱和状态, 使回位调整时间缩小了35.7%, 提高了检焦结束后大行程回位的速度。
航空相机 变结构 抗饱和 检焦 位角控制系统 自适应控制 aerial camera variable structure anti-saturation auto-focusing position angle control adaptive control
中国科学技术大学 安徽省物理电子学重点实验室,合肥 230026
ICF实验会产生大量X射线和γ射线,其在光电倍增管(PMT)中产生的脉冲信号过大,导致前端电子学电路饱和,严重影响电路的正常工作和中子飞行时间的测量。结合前端电子学系统的结构,对电路饱和的原因进行了深入分析,提出了非线性抗饱和电路改进方案,并进行了仿真和实验研究。仿真结果表明,该设计方案能够大幅衰减大信号而确保小信号的通过,信号通过后电路基线能在35 ns内恢复;电路的实测结果与仿真结果基本相同。这表明:采取的方案简洁有效,能够确保输入高达数十V脉冲的情况下电路的正常工作。目前这一电路已经得到应用,并将安装在某大型激光原型的大阵列中子探测器上。
前端电子学 抗饱和 闪烁探测器 ICF ICF front-end electronics anti-saturation scintillantion detector
