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快速反射镜闭环系统的自抗扰控制策略研究

作 者: 乔冠宇
导 师: 高慧斌
学 校: 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
专 业: 机械工程
关键词: 快速反射镜 自抗扰控制 扩张状态观测器 RBF神经网络 速度测量
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


随着目标机动性能的增强,加上主轴系统的跟踪误差及风阻力矩、地基稳定性、机架刚度和运动和大气湍流等干扰引起的视轴抖动,对光电跟踪系统的快速跟踪能力以及跟踪精度提出了更高的要求。在这种背景下,复合轴控制系统应运而生。在精跟踪子系统中,快速反射镜的响应速度快、动作范围小,使其位置与速度的测量成为较为棘手的问题。随着光电跟踪技术的发展,对目标跟踪的准确性和快速性的要求也越来越高。因此需要对快速反射镜的速度信息加以测量或提取,并探索新的控制方法,以进一步提高控制性能。本课题以复合轴精跟踪子系统下的快速反射镜闭环控制系统为研究对象,从理论分析、数值仿真和实验三个方面对自抗扰控制策略进行了研究,成功实现了快反镜位置与速度的闭环控制,使其跟踪性能进一步得到了提升。本文建立了系统的仿真模型和数学模型;分别研究和分析了自抗扰控制策略的三个重要理论:TD理论,ESO理论以及NLSEF理论。验证了TD在过渡过程安排和滤波方面的良好性能,并且能准确的提取出微分信号;证明了ESO在观测系统状态和实时估计系统的综合扰动方面的强大能力;给出了NLSEF相比线性反馈效率更高的证明。研究了自抗扰控制器各参数对控制器的影响,给出了自抗扰控制器参数整定的基本规律。然后提出了利用RBF网络对非线性状态误差反馈控制律中的参数进行优化的方法。最后,研究了基于RBF网络的自抗扰控制器结构设计,并做了仿真实验研究。设计了快速反射镜的数字控制器,通过ESO对位置和速度以及各种扰动等不确定因素的观测,实现了ADRC速度闭环控制,并与传统的控制方法进行了对比,使系统快速性和跟踪精度得到明显提高。综上所述,本文针对快速反射镜闭环系统的自抗扰控制策略进行了深入的理论和实验研究,研究结果证明了所提控制方案的有效性、可行性。在快反镜系统中的应用研究也取得了令人满意的控制效果,为所提控制策略的工程应用提供了可参考的实验研究依据。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-12
第一章 绪论  12-20
  1.1 论文研究的背景和意义  12-13
  1.2 快速反射镜系统的研究现状  13-15
  1.3 自抗扰控制策略概述  15-17
    1.3.1 传统PID控制的不足之处  15-16
    1.3.2 自抗扰控制策略基本原理  16
    1.3.3 自抗扰控制的研究与应用现状  16-17
  1.4 本文主要研究内容  17-20
第二章 快速反射镜控制系统建模与分析  20-28
  2.1 引言  20
  2.2 快速反射镜系统的驱动方式  20-22
  2.3 快速反射镜系统的建模  22-25
    2.3.1 音圈电机驱动器基本原理及模型  22-24
    2.3.2 快速反射镜机电动力学模型  24-25
  2.4 影响快速反射镜性能的因素  25-26
  2.5 本章小结  26-28
第三章 自抗扰控制器的研究与仿真  28-50
  3.1 引言  28
  3.2 跟踪微分器理论与过渡过程安排  28-34
    3.2.1 跟踪微分器理论  28-31
    3.2.2 安排过渡过程  31
    3.2.3 非线性跟踪微分器与安排过渡过程  31-34
  3.3 扩张状态观测器理论与离散算法实现  34-41
    3.3.1 扩张状态观测器的提出  34-35
    3.3.2 扩张状态观测器理论  35-38
    3.3.3 扩张状态观测器的离散算法实现  38-41
  3.4 非线性误差反馈控制率设计  41-45
    3.4.1 非线性反馈效应  41-43
    3.4.2 非线性状态误差反馈控制率  43-45
  3.5 自抗扰控制器  45-49
    3.5.1 自抗扰控制器的结构  45-47
    3.5.2 自抗扰控制器的仿真  47-49
  3.6 本章小结  49-50
第四章 自抗扰控制器的参数优化  50-64
  4.1 引言  50
  4.2 自抗扰控制器的参数整定分析  50-55
    4.2.1 非线性跟踪微分器TD的参数整定  50-52
    4.2.2 扩张状态观测器ESO的参数整定  52-54
    4.2.3 非线性状态误差反馈控制率NLSEF的参数整定  54-55
  4.3 基于RBF网络的自抗扰控制器参数优化  55-60
    4.3.1 RBF神经网络拓扑结构  55-57
    4.3.2 非线性状态误差反馈控制律参数的优化  57-58
    4.3.3 RBF网络获取对象Jacobian信息的辨识算法  58-60
  4.4 基于RBF神经网络的自抗扰控制器设计  60-62
    4.4.1 控制器结构设计  60
    4.4.2 仿真研究  60-62
  4.5 本章小结  62-64
第五章 快速反射镜的自抗扰控制  64-72
  5.1 引言  64
  5.2 快速反射镜系统的传统控制方法  64-65
  5.3 基于快速反射镜系统的自抗扰控制  65-70
  5.4 本章小结  70-72
第六章 总结与展望  72-74
  6.1 全文总结  72
  6.2 今后工作展望  72-74
参考文献  74-78
在学期间学术成果  78-79
指导教师及作者简介  79-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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