一種快速自準直反射鏡自適應振動抑制跟蹤控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種快速自準直反射鏡自適應振動抑制跟蹤控制方法，具體地說，是 指一種快速自準直反射鏡在振動環境中實現對光束的穩定跟蹤控制方法。
【背景技術】
[0002] 在氧碘化學激光器傳輸系統中，快速自準直反射鏡作為復合軸控制系統的精密子 系統的執行機構，用于校正粗校正系統的跟蹤誤差及平臺振動、力矩干擾和大氣干擾引起 的光束漂移和抖動，實現光束的穩定傳輸控制。
[0003] 在快速自準直反射鏡的實際應用過程中，主要存在以下三方面問題：反射鏡本身 往往放置于振動環境中，為其實現光束的準確定位增加了難度；自適應控制算法中所需的 參考信號傳感器亦無法保證絕對靜止，因此無法反映與擾動信號的全相關信息，造成現有 控制算法的控制誤差增加；此外，現有的控制算法實現中，通常忽略了驅動器本身的非線性 特性并采用線性控制器，也降低了系統的控制精度和魯棒性。

【發明內容】

[0004] 本發明的技術解決問題：克服現有控制算法不足，提供一種穩定性高、高精度且工 程容易實現的應用于自準直反射鏡在振動環境中的實時光束穩定傳輸的控制算法。
[0005] 本發明的技術解決方案：
[0006] -種快速自準直反射鏡自適應振動抑制跟蹤控制方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1，將加速度傳感器和目標光敏傳感器的輸出信號構成參考信號序列，將采集 的目標光敏傳感器輸出信號作為誤差信號序列，將二者作為前饋控制器的輸入得到前饋控 制信號yff(n);
[0008] 步驟2,將目標光敏傳感器的輸出信號與上一時刻的控制信號相加得到估計擾動 信號序列，將目標光敏傳感器的輸出信號作為誤差信號序列，將二者作為反饋控制器的輸 入得到反饋控制信號yfb(n);
[0009] 步驟3,將目標光敏傳感器的輸出信號作為比例積分控制器信號輸入，得到線性反 饋控制信號ypi (n);
[0010]步驟4,將前饋控制信號yff(n)、反饋控制信號yfb(n)和線性反饋控制信號ypi(n) 相加得到控制信號y (n)，輸入至快速遲滯補償器中，得到反射鏡驅動控制信號用于控制反 射鏡。
[0011] 所述前饋控制器具體為：
[0012] k(n) = A :Q (n-1) r (n) [1+A :rT (n) Q (n-1) r (n) ] 1
[0013] wff (n) =wff (n-1) +k (n) e (n)
[0014] Q(n) = A ^(n-l)-^ :k (n) rT (n) Q (n-1)
[0015] yff (n) =rT (n) wff (n)
[0016]其中X為遺忘因子,k(n)為時變增益向量,Q(n)為逆相關矩陣；r(n)為參考信號 序列；'%〇1)為濾波器權值；誤差信號6(11)=6;3(11)-(^(11)，6 ;3(11)為目標光敏傳感器的輸出信 號，dt(n)為期望軌跡。
[0017] 所述反饋控制器具體為：
[0018] kd(n) =Ad ^^n-Dd,,,^) [1+Ad (n)Qd (n-1)dm(n) ] 1
[0019] wfb (n) =wfb (n-1) +kd (n)e(n)
[0020] Qd (n)=入d 4 (n-1)-入d % (n)dmT (n)Qd (n-1)
[0021] yfb (n) =dmT (n)wfb (n)
[0022] 其中Ad為遺忘因子，kd(n)為時變增益向量，Qd(n)為逆相關矩陣；dm(n)為估計 擾動信號，wfb(n)為估計擾動信號的濾波器權值；誤差信號e(n)=es(n)-dt(n)，es(n)為目標 光敏傳感器的輸出信號，dt(n)為期望軌跡。
[0023] 所述快速遲滯補償器為一種基于最小二乘支持向量機的無需求解遲滯逆的算法， 包括如下步驟：
[0024] 步驟A，將掃頻信號輸入至直反射鏡的驅動器接口，采集輸出的光斑位置信號，采 用最小二乘法辨識系統的二階線性傳遞函數作為反射鏡的動力學模型；
[0025] 步驟B，令遲滯非線性模型輸入信號為不同頻率的分段單調遞減周期信號序列， 輸入至直反射鏡的驅動器接口，利用采集的輸入電流信號及輸出光斑位置信號構造訓練樣 本，建立基于最小二乘支持向量機的遲滯非線性直接逆迭代模型；
[0026] 步驟C，將步驟A與步驟B的模型并聯，即為快速遲滯補償器。
[0027] 本發明與現有技術相比的優點：
[0028] 1.本發明所提出的快速自準直反射鏡自適應振動抑制跟蹤控制方法，能夠克服反 射鏡在振動環境中實現光束的準確定位的難度，以及只有半相關參考信號的高精度自適應 控制算法實現。
[0029] 2.本發明的控制方法考慮到了快速自準直反射鏡的驅動器本身存在的非線性特 性，提高了系統的控制精度和魯棒性。
[0030] 3.本發明具有實時性強、穩定性高、高精度控制的優點，實現了快速自準直反射鏡 在振動環境中對光束的穩定跟S示控制。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發明的控制算法框圖；
[0032] 圖2為本發明的快速自準直反射鏡結構示意圖；
[0033] 圖3為本發明的控制系統結構原理圖；
[0034] 圖4為本發明的控制曲線圖一；
[0035] 圖5為本發明的控制曲線圖二。
【具體實施方式】
[0036] 下面結合實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0037] 本發明公開了一種快速自準直反射鏡自適應振動抑制跟蹤控制方法，用于實現激 光光束的穩定傳輸，屬非線性系統振動控制領域。
[0038] 如圖1所示，本方法通過FX-RLS前饋控制器和FX-RLS反饋控制器用來對參考信 號r(n)與擾動信號d(n)非全相關的情況進行振動主動控制；比例積分控制器用來改善系 統的穩定性和魯棒性，并對初始光束漂移進行校正；快速遲滯補償器補償快速自準直反射 鏡中存在的動態遲滯非線性。FX-RLS前饋控制器、FX-RLS反饋控制器和比例積分控制器并 聯后與快速遲滯補償器串聯，產生的控制信號經功率放大器輸出至快速自準直反射鏡中的 驅動器接口，使鏡面發生轉動，從而調節激光光束的反射角度，達到對輸出光束的實時穩定 控制。
[0039] 控制方法實現包括如下步驟：
[0040] 步驟1，通過采集加速度傳感器輸出信號及參考光敏傳感器輸出信號產生非全 相關的參考信號序列，通過采集目標光敏傳感器輸出信號產生誤差信號序列，將二者作為 FX-RLS前饋控制器輸入產生前饋控制信號yff(n);
[0041] 步驟2,通過采集目標光敏傳感器輸出信號與上一時刻控制信號相加產生估計擾 動信號序列，通過采集目標光敏傳感器輸出信號產生誤差信號序列，將二者作為FX-RLS反 饋控制器輸入產生反饋控制信號yfb(n);
[0042] 步驟3,目標光敏傳感器輸出信號作為比例積分控制器信號輸入，產生線性反饋控 制信號yPi(n);
[0043]步驟4,將前饋控制信號yff (n)、反饋控制信號yfb (n)和線性反饋控制信號ypi (n) 相加得到控制信號y(n)，輸入至基于最小二乘支持向量機的快速遲滯補償器中，產生控制 信號輸出至快速自準直反射鏡中的驅動器接口。
[0044] 快速遲滯補償器為一種基于最小二乘支持向量機的無需求解遲滯逆的算法，包括 如下步驟：
[0045] 步驟A，將頻率范圍為1-lOOOHz的掃頻信號輸入至快速自準直反射鏡的驅動器接 口，采集輸出光斑位置信號，利用最小二乘法辨識系統的二階線性傳遞函數；
[0046] 步驟B，令建模輸入信號為不同頻率的分段單調遞減周期信號序列，輸入至快速自 準直反射鏡的驅動器接口，利用采集的輸入電流信號及輸出光斑位置信號構造訓練樣本， 建立基于最小二乘支持向量機的遲滯非線性直接逆迭代模型；
[0047] 步驟C，將步驟A與步驟B的模型并聯，即為快速遲滯補償器。
[0048] 所述的參考信號由一路加速度傳感器輸出信號和一路光電位移傳感器輸出信號 組成。
[0049] 快速自準直反射鏡為光路中保證反射光穩定輸出的反射鏡，其鏡面與安裝平臺垂 直設置。鏡體1背面設有鏡體托盤2,托盤2遠離鏡體1 一側中部設有固定桿3,托盤2與 固定桿3間活動連接，在托盤2遠離鏡體1 一側的上部或下部設有第一推拉桿4,在托盤2 遠離鏡體1 一側的左側或右側設有第二推拉桿5,第一推拉桿4和第二推拉桿5分別與第一 驅動器6和第二驅動器7傳動連接，驅動器驅動推拉桿在垂直于鏡體1反射面的方向往復 移動。結構示意圖如圖2所示。
[0050] 如圖1所示，本發明包括FX-RLS前饋控制器、FX-RLS反饋控制器、比例積分控制 器和快速遲滯補償器。
[0051] 控制方法實現包括如下步驟：
[0052] 步驟1，通過采集設置在快速自準直反射鏡振動平臺上的加速度傳感器輸出信號 ra。。及參考光敏傳感器輸出信號rpsd產生非全相關的參考信號序列
[0053] r(n) = [ 1，racc (n)，…，racc (n-Ma+1)，rpsd (n)，…，rpsd (n-Mp+1)]T
[0054] 其對應的濾波器權值為
[0055] wff (n) = [w0 (n),w1 (n),w2 (n), ???,wMa+Mp (n)]T
[0056] 其中，n為當前時刻，Ma為加速度傳感器對應的濾波器階數，Mp為參考光敏傳感器 對應的濾波器階數。
[0057] 采集設置在光束傳遞目標處的加目標光敏傳感器輸出信號產生誤差信號