山东科技大学 电气与自动化工程学院，山东青岛266590
快速反射镜（Fast Steering Mirror，FSM）是高精密光学系统中的关键仪器，基于音圈电机（Voice Coil Actuator，VCA）驱动的柔性支撑FSM存在复杂耦合特性，导致系统模型复杂并严重影响系统的控制性能，对于该问题，本文提出了一种基于系统辨识与模型降阶的双轴积分增广滑模控制方法。首先，采用基于脉冲响应的Hankel矩阵系统辨识方法建立VCA-FSM的精确耦合模型；随后，基于平衡实现与平衡截断，在保证模型精度的前提下对所建立的高阶模型进行降阶；其次，基于降阶模型，采用现代控制理论方法设计积分增广滑模控制器，通过设计状态观测器构造滑模切换函数与控制律，并在控制设计中改进符号函数以消除滑模抖振；最后，基于VCA-FSM伺服控制系统实验平台，开展频域与时域性能测试实验。实验结果表明：本文所提控制方法相较于单轴滑模、PID控制方法，系统的闭环跟踪带宽分别提高了约50.3%，251.3%，扰动抑制带宽分别提高了约39.9%，451.9%，阶跃响应调节时间分别缩短了约29.7%，97.7%，螺旋线跟踪精度分别提高了约48.5%，97.8%，且实现了对存在强耦合特性VCA-FSM的解耦控制。本文所提控制方法充分提高了VCA-FSM的控制性能。
快速反射镜 音圈电机 系统辨识 模型降阶 滑模控制 Fast Steering Mirror（FSM） Voice Coil Actuator（VCA） system identification model reduction sliding mode control 光学 精密工程
2023, 31(24): 3580
唐山学院智能与信息工程学院, 河南 唐山 063000
针对复杂高阶被控对象控制器设计及参数整定困难问题, 提出了一种基于模型降阶的分数阶鲁棒控制器设计方法。首先将复杂高阶模型近似为含时滞环节的降阶分数阶模型, 根据原模型的奈奎斯特曲线特征, 结合序列二次规划法, 得到降阶近似模型的参数值。在此基础上完成分数阶控制器的结构设计, 通过公式推导, 给出了最大灵敏度鲁棒性指标与控制器整定参数的新的计算方法, 最后结合复合时域性能指标整定控制器参数。仿真结果表明, 所设计模型降阶参数求解无需全局寻优, 收敛速度快, 且降阶模型很好地逼近原系统, 设计的鲁棒控制器使原系统具有良好的控制品质。
模型降阶 分数阶控制器 鲁棒性 model order reduction fraction-order controller robustness
国防科技大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
针对捷联式惯导系统单位置对准可观测性的问题, 以捷联式惯导10状态变量误差方程为研究对象, 利用奇异值分解的方法, 对固定位置对准的系统各状态变量的可观测性进行分析。可观测性分析结果表明：系统的各状态变量非完全可观, 方位失准角的可观测度较低。为了改善对准系统的可观测性, 根据可观测度分析结果及工程应用特性进行模型降阶, 得到7阶卡尔曼滤波参数模型并进行了实验验证。实验结果表明：降阶后的模型对滤波参数的容忍度更大, 且降阶后模型的精度要高于降阶前的精度。
激光技术 捷联惯导系统 单位置对准 可观测性 奇异值分解 模型降阶
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了设计出结构简单、低阶次的自适应光学系统鲁棒控制器, 提出了自适应光学系统的非光滑H∞控制.采用传统H∞控制方法结合基于Hankel奇异值的模型降阶法, 设计了全阶H∞控制器和降阶H∞控制器, 控制器的阶次分别为226阶和163阶.采用非光滑H∞控制方法, 所设计出的控制器仅为一个常数矩阵与4阶单输入单输出传递函数的乘积.为了验证和比较控制效果, 模拟了动态大气湍流波前相位及采用全阶H∞控制器和采用非光滑H∞控制器的自适应光学系统的校正后残余波前相位, 仿真结果表明, 两个自适应光学系统有着近似的控制效果, 证明了自适应光学系统非光滑H∞控制的有效性.
自适应光学 鲁棒控制 模拟 波前 大气湍流 模型降阶 控制系统-设计 Adaptive optics Robust control Simulation Wavefronts Atmospheric turbulence Model reduction Control systems-design
