[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

本發明公開了一種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，涉及激光通信技術領域。其中，快速反射鏡的控制系統包括控制單元和快速反射鏡單元，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，快速反射鏡單元包括驅動模塊、反饋模塊。本發明采用一種基于反步法的快速反射鏡控制方法，能夠在快速反射鏡僅有位置反饋信息的條件下實現系統穩定控制。

技術領域

本發明涉及快速反射鏡控制技術領域，尤其涉及一種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。

技術背景

機載或星載成像系統通常工作在振動環境下，為了保證在振動條件下成像系統的對準精度，成像系統通常采用快速反射鏡作為視軸穩定系統的精跟蹤單元，通過快速反射鏡的高頻抖動抵消成像系統高頻運動帶來的視軸抖動，從而提高系統的成像清晰度。

隨著相機成像分辨率越來越高以及成像系統對探測距離的要求越來越高，對快速反射鏡的控制精度及控制帶寬提出了越來越高的要求?？焖俜瓷溏R通常由四個音圈電機驅動，形成兩個維度的運動輸出，即系統為多輸入多輸出控制系統，傳統PID控制算法雖然魯棒性較強，但通常控制精度差，控制帶寬也無法滿足機載或星載成像系統的要求。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種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。本發明采用一種基于反步法的快速反射鏡控制方式，能夠在快速反射鏡僅有位置反饋信息的條件下實現系統穩定控制。

本發明采用的技術方案為：

一種快速反射鏡控制系統，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。

進一步地，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：