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倾斜镜系统动态耦合数学模型的建立方法

宋宏,  张嘉恒,  郦瑞奇,  刘腾君,  詹舒越,  杨萍,  穆全全,  杨文静

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宋宏, 张嘉恒, 郦瑞奇, 刘腾君, 詹舒越, 杨萍, 穆全全, 杨文静. 倾斜镜系统动态耦合数学模型的建立方法[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(3): 318002-0318002(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0318002
引用本文: 宋宏, 张嘉恒, 郦瑞奇, 刘腾君, 詹舒越, 杨萍, 穆全全, 杨文静. 倾斜镜系统动态耦合数学模型的建立方法[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(3): 318002-0318002(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0318002
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Song Hong, Zhang Jiaheng, Li Ruiqi, Liu Tengjun, Zhan Shuyue, Yang Ping, Mu Quanquan, Yang Wenjing. Dynamic modeling of input-output coupled piezoelectric fast steering mirror[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(3): 318002-0318002(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0318002
Citation: Song Hong, Zhang Jiaheng, Li Ruiqi, Liu Tengjun, Zhan Shuyue, Yang Ping, Mu Quanquan, Yang Wenjing. Dynamic modeling of input-output coupled piezoelectric fast steering mirror[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(3): 318002-0318002(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0318002
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倾斜镜系统动态耦合数学模型的建立方法

doi: 10.3788/IRLA201645.0318002
  • 1.

    浙江大学 海洋学院,浙江 舟山 316021;

  • 2.

    杭州电子科技大学 数字媒体与艺术设计学院,浙江 杭州 310018;

  • 3.

    中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室,吉林 长春 130033;

  • 4.

    杭州蓝科光电科技有限公司,浙江 杭州 310018;

  • 5.

    国家海洋局第二海洋研究所 卫星海洋环境动力学国家重点实验室,浙江 杭州 310012

基金项目: 

国家自然科学基金(11304278);国家863计划(2014AA093409);浙江省公益项目(2013C31052);卫星海洋环境动力学国家重点实验室开放研究基金课题(SOED1606)

详细信息
    作者简介:

    宋宏(1981-),男,讲师,硕士生导师,博士,主要从事自适应光学方面的研究工作。Email:hongsong@zju.edu.cn

    通讯作者: 詹舒越(1983-),男,博士后,主要从事表面等离子体共振生物传感器及分析仪器方面的研究工作。Email:zsy8396@163.com

  • 中图分类号: TP273.2

Dynamic modeling of input-output coupled piezoelectric fast steering mirror

  • 1.

    Ocean College,Zhejiang University,Zhoushan 316021,China;

  • 2.

    School of Media &Design,Hangzhou Dianzi University,Hangzhou 310018,China;

  • 3.

    State Key Laboratory of Applied Optics,Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;

  • 4.

    Blue-Science Opto-Electronics Co. Ltd.,Hangzhou 310018,China;

  • 5.

    State Key Laboratory of Satellite Ocean Environment Dynamics,Second Institute of Oceanography,Hangzhou 310012,China

  • 摘要: 主要探究了在传感器采样频率较高(如高速相机、位置传感器)、倾斜镜动态特性不可忽略的情况下,如何基于实验数据建立开环倾斜镜系统的动态耦合数学模型的问题。分析了系统的动态特性以及输入与输出之间的耦合,提出了基于倾斜镜系统的输入输出数据、采用子空间辨识算法建立倾斜镜系统动态耦合数学模型的方法,并通过实验评估了模型的准确性和建模方法的可行性。实验结果显示,通过该方法所建立的倾斜镜动态耦合模型的VAF值达到95%,模型准确性相比传统的静态模型有了很大提高,验证了建模方法的可行性。研究成果可用于闭环倾斜镜系统优化反馈控制器的设计,提高系统对于光束偏移矫正的性能。
    Abstract: Dynamic modeling of an input-output coupled piezoelectric fast steering mirror(FSM) was discussed, especially in case that the sampling frequency of the sensor is so high (e.g., high-speed camera or position sensitive device is used) that the dynamics of the FSM is significant and can't be neglected. The dynamics and input-output coupling in the FSM was analyzed. A method was proposed to model the dynamics and input-output coupling in the FSM, based on the input-output data and the subspace identification algorithm. Experiments were carried out for data collection and validation of the proposed method. The results show that the variance-account-for(VAF) of the dynamic input-output coupled model is as high as 95%, indicating high accuracy of the model. Comparison was made between the proposed model and static model as well, showing significant improvement on the model accuracy. The result can be applied in optimal feedback controller design for closed-loop FSM systems, to improve the closed-loop performance in laser beam drifting correction.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-07-24
  • 修回日期:  2015-08-27
  • 刊出日期:  2016-03-25

倾斜镜系统动态耦合数学模型的建立方法

doi: 10.3788/IRLA201645.0318002
  • 1. 浙江大学 海洋学院,浙江 舟山 316021;
  • 2. 杭州电子科技大学 数字媒体与艺术设计学院,浙江 杭州 310018;
  • 3. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室,吉林 长春 130033;
  • 4. 杭州蓝科光电科技有限公司,浙江 杭州 310018;
  • 5. 国家海洋局第二海洋研究所 卫星海洋环境动力学国家重点实验室,浙江 杭州 310012
    • 作者简介:

    宋宏(1981-),男,讲师,硕士生导师,博士,主要从事自适应光学方面的研究工作。Email:hongsong@zju.edu.cn

    通讯作者: 詹舒越(1983-),男,博士后,主要从事表面等离子体共振生物传感器及分析仪器方面的研究工作。Email:zsy8396@163.com
  • 收稿日期: 2015-07-24
  • 修回日期: 2015-08-27
  • 刊出日期: 2016-03-25
基金项目:

国家自然科学基金(11304278);国家863计划(2014AA093409);浙江省公益项目(2013C31052);卫星海洋环境动力学国家重点实验室开放研究基金课题(SOED1606)

  • 中图分类号: TP273.2

摘要: 主要探究了在传感器采样频率较高(如高速相机、位置传感器)、倾斜镜动态特性不可忽略的情况下,如何基于实验数据建立开环倾斜镜系统的动态耦合数学模型的问题。分析了系统的动态特性以及输入与输出之间的耦合,提出了基于倾斜镜系统的输入输出数据、采用子空间辨识算法建立倾斜镜系统动态耦合数学模型的方法,并通过实验评估了模型的准确性和建模方法的可行性。实验结果显示,通过该方法所建立的倾斜镜动态耦合模型的VAF值达到95%,模型准确性相比传统的静态模型有了很大提高,验证了建模方法的可行性。研究成果可用于闭环倾斜镜系统优化反馈控制器的设计,提高系统对于光束偏移矫正的性能。

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