基于模糊控制算法的快速反射镜 系统扰动抑制

Posted 2022-08-10 studyer_domi

1、内容简介

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2、内容说明

快速反射镜是光学系统中光源与接收器之间控制光束传播方向的一种精密光学仪器，是复合轴系统精跟踪部分的重要组成器件。快速反射镜凭借其结构紧凑、高精度、高分辨力、响应快等优点，被广泛应用于天文方面、激光通讯、图像稳定、自适应光学、高精度光合束、复合轴精密跟踪等领域。近年来，随着我国的经济的不断快速发展，快速反射镜系统在其它领域也得到了应用，对经济发展和基础建设起到了很大的作用。在复合轴系统的精跟踪子系统中，快速反射镜需要在小范围内快速转动以实现对粗跟踪残差的抑制，这对快速反射镜控制系统的稳定性和快速响应提出了较高的要求。工程应用中的快速反射镜，会受到扰动的影响。此时应该对控制系统的控制参量进行适当调整，以保证控制系统的快速响应和快速反射镜输出性能的稳定性。

针对上述问题，本文进行了理论和仿真分析。快速反射镜系统通常采用的控制系统是PID控制，所以本文是在PID反馈算法的基础上，加入了模糊控制算法，对系统结构进行适当处理，构成一种新的复合控制器，即模糊PID参数自整定控制，同时还会设置几种不同的模糊规则。通过仿真结果对比得出，模糊PID参数自整定控制比PID控制具有更好的控制效果，超调量和调节时间都大幅减小，系统的时域性能更好，对快速反射镜的扰动抑制更有效。还有在不同的模糊规则之下，模糊控制器对系统的控制也会不同。模糊规则越多，控制精度越高，稳态误差减小速率越快，对扰动的抑制效果越好，系统更趋近于稳定。

关键词：快速反射镜系统；PID控制；模糊控制

快速反射镜系统具有很多优点：第一是结构紧凑，第二是精度高，第三是分辨力高，第四是系统的响应速度快[7]。因为这些特点，所以在天文学领域和军事领域应用广。改革开放四十多年来，随着我国的经济的不断快速发展，快速反射镜系统在其它领域也得到了应用，对经济发展和基础建设起到了很大的作用。本项目是着眼解决于用模糊控制算法控制反射镜系统的过程中产生扰动问题。快速反射镜系统中的扰动会造成光束的抖动，进一步的会影响光束的稳定传输，会造成系统的误差较大，影响设备的正常使用。所以本项目是拟通过对快速反射镜基于模糊控制系统的分析、设计和优化，实现扰动抑制，让快速反射镜系统的传输更为稳定。

当前，我国的经济发展正在经历经济转型。所以为了促进经济的快速发展，加快人们走向更高科技时代，使科学技术更融于生活，国家的政策也有了很大的转变，特别重视科技兴国，通过经济转型，把我国从传统的制造大国转型为创造大国，要大力发展科技，构建现代化的产业技术体系，从而提高科技含量，完成经济转型的蜕变。而对快速反射镜系统的研究正是符合这大时代背景下的需求，可以促进快速反射镜系统技术的进一步发展。

经济发展离不开科技，对快速反射镜系统模糊控制算法的研究，消除扰动带来的不利因素，可以使系统良好运行，对快速反射镜适用的各个领域都有一定帮助，也有利于国家的经济发展和经济建设。

快速反射镜是复合轴跟踪系统精跟踪子系统的重要光学器件。在复合轴跟踪系统中，粗跟踪部分的残差需要由精跟踪部分来抑制，因此精跟踪子系统一般都具有较高的闭环带宽和控制精度。快速反射镜是精跟踪部分的重要组成部分，快速反射镜系统控制精度的高低直接影响到整个控制系统跟踪控制精度的高低。快速反射镜在工作过程中会受到各种扰动的影响，对这些扰动进行分析与抑制对提高快速反射镜的控制精度有重要意义。针对系统中的的测量干扰，在原有的PID反馈算法基础上 ,利用模糊控制算法，对控制系统结构进行适当处理,构成一种新的复合控制器，实现对扰动的抑制。

本文研究的主要内容包括：建立精跟踪快速反射镜控制系统模型；确定模糊控制器在控制系统的作用形式；根据作用形式设计模糊控制器；确定模糊控制器在控制系统中的作用方式；在MATLAB中完成仿真验证;针对快速反射镜，通过制定出不同的模糊控制规则，然后比较不同的模糊规则对系统的影响；采用MATLAB/SIMULINK中的验证所设计的控制算法。通过这一系列的研究来实现本次课题的要求，达到研究的意义。

本文对快速反射镜系统的扰动抑制做了研究。快速反射镜正广泛应用于多个领域，慢慢融入我们的生活中，成为不可或缺的一部分。因为快速反射镜是复合轴跟踪系统精跟踪子系统的重要光学器件，在复合轴跟踪系统中，粗跟踪部分的残差需要由精跟踪部分来抑制，因此精跟踪子系统一般都具有较高的闭环带宽和控制精度。快速反射镜是精跟踪部分的重要组成部分，快速反射镜系统控制精度的高低直接影响到整个控制系统跟踪控制精度的高低。所以本文研究的是抑制快速反射镜系统的扰动，使其更好的工作，这具有很重要的意义。

首先介绍了快速反射镜的结构和工作原理，然后对其进行了数学建模。之后对于快速反射镜系统是利用PID控制来进行控制，再然后在这个基础上，加入了模糊控制器来控制快速反射镜系统。通过设置模糊规则，进行仿真分析。最终结果表明模糊PID参数自整定比PID控制具有更好的控制效果，系统的时域性能越好，对快速反射镜的扰动抑制更有效。还有在不同的模糊规则之下，模糊控制器对系统的控制也会不同。模糊规则越多，控制精度越高，对扰动的抑制效果越好，系统更稳定。但是模糊规则越多，运行时间就会增加。本文的创新点就是在PID算法的基础上引入了模糊控制算法，实验结果表明模糊PID参数自整定控制系统在这种工况下具有优秀的扰动抑制和控制性能。

3、仿真分析

4、参考论文

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