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大口径压电快摆镜机构迟滞非线性补偿与控制

张泉 尹达一 魏传新

张泉, 尹达一, 魏传新. 大口径压电快摆镜机构迟滞非线性补偿与控制[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(2): 218004-0218004(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0218004
引用本文: 张泉, 尹达一, 魏传新. 大口径压电快摆镜机构迟滞非线性补偿与控制[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(2): 218004-0218004(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0218004
Zhang Quan, Yin Dayi, Wei Chuanxin. Hysteresis nonlinear compensation and control for large-aperture piezoelectric fast steering mirror[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(2): 218004-0218004(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0218004
Citation: Zhang Quan, Yin Dayi, Wei Chuanxin. Hysteresis nonlinear compensation and control for large-aperture piezoelectric fast steering mirror[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(2): 218004-0218004(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0218004

大口径压电快摆镜机构迟滞非线性补偿与控制

doi: 10.3788/IRLA201948.0218004
基金项目: 

国家自然科学基金(40776100)

详细信息
    作者简介:

    张泉(1992-),男,博士生,主要从事大口径快摆镜执行机构驱动与精密检测技术方面的研究。Email:zh_quan4444@126.com

  • 中图分类号: TN209

Hysteresis nonlinear compensation and control for large-aperture piezoelectric fast steering mirror

  • 摘要: 为了提高空间天文望远镜精密稳像系统中大口径压电快摆镜机构(Fast Steering Mirror,FSM)的控制精度,采用迟滞前馈补偿和最优PID控制算法相结合的复合控制策略。针对基于广义Play算子的Prandtl-Ishlinskii(PI)模型可逆性受约束条件限制以及求逆过程中模型参数估计误差累加的问题,提出了一种基于广义Stop算子的PI逆模型进行压电执行器(Piezoelectric Actuator,PZT)迟滞补偿。针对逆迟滞模型的不确定性和直接前馈控制抗干扰能力差的问题,在控制系统中加入最优PID闭环控制器。采用自适应差分进化算法(Adaptive Differential Evolution,ADE)对迟滞逆模型参数和PID控制器参数进行寻优并引入混沌搜索机制来提高ADE算法的性能。实验结果表明:与传统PI模型解析求逆方法相比,基于广义Stop算子的PI逆模型能够更好描述逆迟滞曲线,拟合频率为1 Hz的迟滞曲线,拟合精度提高78.04%;实时跟踪频率分别为1、10、20 Hz的大口径快摆机构目标摆动位移,复合控制策略的跟踪精度相比于直接前馈控制分别提高了38.56%,22.92%和13.5%。
  • [1] Shi Shaolong. Research on control technology of precision image stabilization system in space telescope[D]. Beijing:University of Chinese Academy of Sciences, 2014. (in Chinese)
    [2] Wang G. Robust tracking control of piezoelectric fast steering mirror with hysteresis and disturbances correction[C]//Control Conference, IEEE, 2015:389-394.
    [3] Tiberiu-Gabriel Zsurzsan. Preisach mode of hysteresis for the Piezoelectric Actuator Drive[C]//Conference of IEEE Industrial Electronics Society, 2015:002788-002793.
    [4] Hu Liangliang. Open loop control of fast steering mirror based on PI inverse model[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(8):0818001. (in Chinese)
    [5] Tian Yanbing. Compounding control of ultra-precision positioning stage based on inverse generalized PI model[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(2):198-206. (in Chinese)
    [6] Young-Rae Ko. Identification of inverse generalized asymmetric Prandtl-Ishlinskii model for compensation of hysteresis nonlinearities[C]//IEEE Conference on Control Technology and Applicaitons, 2017:1183-1188.
    [7] Wei Chuanxin. Research on Kinetics of the image stabilization system in space telescope[D]. Beijing:University of Chinese Academy of Sciences, 2016. (in Chinese)
    [8] Fang Chu. Design of rhomboid micro stroke amplifier for FSM system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(10):1018004. (in Chinese)
    [9] Wu Yiling. Research on compound control arithmetic of piezoelectric ceramic based on PI model[J]. Piezoelectrics Acoustooptics, 2015, 3(6):950-953.(in Chinese)
    [10] Dai Xiaoying. The integrated interface of differential evolution algorithm and its modified algorithms[D]. Wuhan:Huazhong University of Science Technology, 2013. (in Chinese)
    [11] Liu Junmin. Differential evolution algorithm based on chaos searching[J]. Computer Engineering and Applications, 2008, 44(12):66-68. (in Chinese)
    [12] Tan Yue. Research on particle swarm optimization with chaotic local search[D]. Changsha:Central South University, 2013. (in Chinese)
    [13] Xiao S, Li Y. Dynamic compensation and H control for piezoelectric actuators based on the inverse Bouc-Wen model[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2014, 30(1):47-54.
  • [1] 董全睿, 王伟国, 陈飞, 陈涛, 张振东, 刘廷霞.  基于自适应卡尔曼算法的单探测器解耦控制技术研究 . 红外与激光工程, 2022, 51(6): 20210375-1-20210375-8. doi: 10.3788/IRLA20210375
    [2] 苏航, 王孝坤, 程强, 李凌众, 王晶, 李雯研, 吴琼, 唐瓦, 罗霄, 张学军.  子孔径拼接和计算全息混合补偿检测大口径凸非球面(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(9): 20220576-1-20220576-9. doi: 10.3788/IRLA20220576
    [3] 刘欣, 杨忠明, 刘兆军, 王继红.  大口径快反镜面形测试系统设计 . 红外与激光工程, 2022, 51(5): 20210514-1-20210514-9. doi: 10.3788/IRLA20210514
    [4] 管钰晴, 傅云霞, 邹文哲, 谢张宁, 雷李华.  一种基于自适应差分进化算法的薄膜参数表征方法研究(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(1): 20210976-1-20210976-10. doi: 10.3788/IRLA20210976
    [5] 王瑞, 苏秀琴, 乔永明, 吕涛, 王轩, 王凯迪.  基于双前馈+双神经网络自适应快速反射镜的解耦控制 . 红外与激光工程, 2021, 50(11): 20210194-1-20210194-7. doi: 10.3788/IRLA20210194
    [6] 张贵阳, 霍炬, 杨明, 周婞, 魏亮, 薛牧遥.  基于双更新策略加权差分进化粒子群的双目相机标定 . 红外与激光工程, 2021, 50(4): 20200280-1-20200280-11. doi: 10.3788/IRLA20200280
    [7] 牛龙飞, 蒋一岚, 苗心向, 姚彩珍, 吕海兵, 周国瑞.  大口径反射镜表面颗粒物洁净度控制实验研究 . 红外与激光工程, 2021, 50(12): 20210117-1-20210117-7. doi: 10.3788/IRLA20210117
    [8] 孙浩添, 杜福嘉, 张志永.  基于模型预测控制的大口径快摆镜随动系统 . 红外与激光工程, 2020, 49(2): 0214001-0214001. doi: 10.3788/IRLA202049.0214001
    [9] 王凯迪, 苏秀琴, 李哲, 吴少博.  像移补偿快速反射镜时频特性优化控制 . 红外与激光工程, 2018, 47(S1): 112-118. doi: 10.3788/IRLA201847.S120003
    [10] 夏培培, 王志乾, 李洪文, 邓永停, 王显军.  基于自适应自抗扰控制技术的2 m望远镜K镜的速度控制研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(7): 718006-0718006(8). doi: 10.3788/IRLA201847.0718006
    [11] 范占斌, 戴一帆, 铁贵鹏, 关朝亮, 宁禹, 刘俊峰.  横向压电驱动变形镜的迟滞特性及其闭环校正 . 红外与激光工程, 2018, 47(10): 1020001-1020001(6). doi: 10.3788/IRLA201847.1020001
    [12] 邓永停, 李洪文, 王建立.  提高大口径望远镜控制系统闭环带宽的方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(12): 1237001-1237001(9). doi: 10.3788/IRLA201847.1237001
    [13] 赵勇志, 安其昌, 韩西达.  大口径望远镜阻尼调制技术 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 818006-0818006(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0818006
    [14] 程龙, 陈娟, 陈茂胜, 徐婧, 王卫兵, 王挺峰, 郭劲.  光电跟踪伺服系统的自适应差分进化算法辨识 . 红外与激光工程, 2016, 45(7): 731002-0731002(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0731002
    [15] 鄢南兴, 林喆, 谭爽.  基于PQ法的惯性/光机复合指向控制方法 . 红外与激光工程, 2016, 45(3): 331001-0331001(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0331001
    [16] 刘小强, 任高辉, 邢军智, 寿少峻, 张惠菁.  交互式多模型算法在光电跟踪控制系统中应用的仿真 . 红外与激光工程, 2016, 45(9): 917003-0917003(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0917003
    [17] 杨飞, 刘国军, 安其昌.  平差理论在大口径光学元件轮廓检测中的应用 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 2965-2969.
    [18] 马大中, 翟小军, 孙秋野.  基于复合式PSO的光伏最大功率点跟踪控制 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3801-3806.
    [19] 赵曦晶, 刘光斌, 汪立新, 何志昆, 赵晗.  光纤陀螺温度漂移自适应网络模糊推理补偿 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 790-794.
    [20] 孙高, 朱明超, 贾宏光, 刘慧.  摩擦自适应补偿在导引头稳定平台控制系统中的应用 . 红外与激光工程, 2013, 42(5): 1316-1321.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-10
  • 修回日期:  2018-10-20
  • 刊出日期:  2019-02-25

大口径压电快摆镜机构迟滞非线性补偿与控制

doi: 10.3788/IRLA201948.0218004
    作者简介:

    张泉(1992-),男,博士生,主要从事大口径快摆镜执行机构驱动与精密检测技术方面的研究。Email:zh_quan4444@126.com

基金项目:

国家自然科学基金(40776100)

  • 中图分类号: TN209

摘要: 为了提高空间天文望远镜精密稳像系统中大口径压电快摆镜机构(Fast Steering Mirror,FSM)的控制精度,采用迟滞前馈补偿和最优PID控制算法相结合的复合控制策略。针对基于广义Play算子的Prandtl-Ishlinskii(PI)模型可逆性受约束条件限制以及求逆过程中模型参数估计误差累加的问题,提出了一种基于广义Stop算子的PI逆模型进行压电执行器(Piezoelectric Actuator,PZT)迟滞补偿。针对逆迟滞模型的不确定性和直接前馈控制抗干扰能力差的问题,在控制系统中加入最优PID闭环控制器。采用自适应差分进化算法(Adaptive Differential Evolution,ADE)对迟滞逆模型参数和PID控制器参数进行寻优并引入混沌搜索机制来提高ADE算法的性能。实验结果表明:与传统PI模型解析求逆方法相比,基于广义Stop算子的PI逆模型能够更好描述逆迟滞曲线,拟合频率为1 Hz的迟滞曲线,拟合精度提高78.04%;实时跟踪频率分别为1、10、20 Hz的大口径快摆机构目标摆动位移,复合控制策略的跟踪精度相比于直接前馈控制分别提高了38.56%,22.92%和13.5%。

English Abstract

参考文献 (13)

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