[發明專利]快速反射鏡控制系統及基于反步法的快速反射鏡控制方法

在審

• 申請號: 202310117510.6
• 申請日: 2023-02-15
• 公開（公告）號: CN116149224A
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 王正璽;李哲;李少波;邢振沖
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 河北東尚律師事務所 13124
• 代理人: 王文慶

1.一種快速反射鏡控制系統，其特征在于，包括控制單元和快速反射鏡單元；

所述控制單元包括DSP模塊、通訊模塊、AD模塊、DA模塊及光耦隔離模塊；其中，AD模塊接收代表快速反射鏡傾斜角度的模擬信號，并轉為相應的數字量傳遞給DSP模塊；DSP模塊用于計算數字控制量并輸出給DA模塊；DA模塊接收DSP模塊輸出的數字驅動信號，并轉換為相應的模擬量傳遞給光耦隔離模塊；光耦隔離模塊接收DA模塊輸出的模擬驅動信號，輸出等幅值的隔離模擬信號并傳遞給快速反射鏡單元的驅動模塊；通訊模塊通過RS422接口實現上位機與DSP模塊的信息交互，并通過RS422接口接收跟蹤單元的脫靶量信息，轉換為TTL信號發送給DSP模塊；

所述快速反射鏡單元包括驅動模塊及反饋模塊；其中，驅動模塊接收控制單元光耦隔離后的模擬驅動信號，將其轉變為具有一定功率的音圈電機驅動量并驅動反射鏡偏轉；反饋模塊測量快速反射鏡的偏轉角度，并轉變成模擬信號發送給控制單元的AD模塊。

2.根據權利要求書的一種快速反射鏡控制系統，其特征在于，所述DSP模塊的工作方式為：

第一步，獲取系統輸入信息：DSP模塊通過RS422接口從上位機獲取系統參考輸入x_1d；DSP模塊通過AD模塊獲取系統反饋量x₁；

第二步，將快速反射鏡的動力學方程表示為狀態空間表示方式為

其中，J為快速反射鏡轉動慣量，β為快速反射鏡系統的等效阻尼，K為柔性支撐結構的轉矩剛度，k_F為電機力矩系數，θ為快速反射鏡轉動角度，u為控制系統的控制量電壓；

第三步，定義e為系統狀態的跟蹤誤差，則e＝x_1d-x¹；e的動態誤差方程表示為取即

第四步，構造Lyapunov函數V₁：

第五步，對Lyapunov函數V₁求導得：

第六步，構造x₂的期望虛擬控制輸入x_2d：

其中，k₁為可調控制參數；

第七步，定義新的狀態誤差δ：

δ＝x_2d-x₂

則δ的動態誤差方程表示為：

第八步，構造新的Lyapunov函數V₂：

第九步，對新構造的Lyapunov函數V₂求導得：

第十步，將和δ＝x_2d-x₂帶入得：

則有

第十一步，令其中k₂為可調控制參數，得到：

u作為最終數字控制量輸出給DA模塊。

3.一種基于反步法的快速反射鏡控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

第一步，從上位機獲取系統參考輸入x_1d，獲取系統反饋量x₁；

第二步，將快速反射鏡的動力學方程表示為狀態空間表示方式為

其中，J為快速反射鏡轉動慣量，β為快速反射鏡系統的等效阻尼，K為柔性支撐結構的轉矩剛度，k_F為電機力矩系數，θ為快速反射鏡轉動角度，u為控制系統的控制量電壓；

第三步，定義e為系統狀態的跟蹤誤差，則e＝x^1d-x¹；e的動態誤差方程表示為取即

第四步，構造Lyapunov函數V₁：

第五步，對Lyapunov函數V₁求導得：

第六步，構造x₂的期望虛擬控制輸入x_2d：

其中，k₁為可調控制參數；

第七步，定義新的狀態誤差δ：

δ＝x_2d-x₂

則δ的動態誤差方程表示為：

第八步，構造新的Lyapunov函數V₂：

第九步，對新構造的Lyapunov函數V₂求導得：

第十步，將和δ＝x_2d-x₂帶入得：

則有

第十一步，令其中k₂為可調控制參數，得到：

u作為最終數字控制量輸出給DA模塊，通過DA模塊轉變為模擬驅動量，并傳遞給快速反射鏡的驅動模塊，從而驅動快速反射鏡，使快速反射鏡的位置狀態跟蹤誤差e收斂于0。