ADRC在光通信APT系統(tǒng)下的擾動(dòng)分析及參數(shù)整定

王 森, 史紅偉, 李明秋

(長春理工大學(xué)電子信息工程學(xué)院，長春 130022)

0 引言

傳統(tǒng)的控制算法在APT系統(tǒng)下存在一些問題，例如控制系統(tǒng)建模困難、擾動(dòng)抑制能力受到機(jī)械諧振制約等，這些問題影響了控制精度的提高。提升控制精度的根本在于擾動(dòng)的抑制。對于APT系統(tǒng)內(nèi)外擾動(dòng)的解決方法，國內(nèi)已取得許多成果。文獻(xiàn)[1]對傳遞函數(shù)進(jìn)行參數(shù)辨識并將系統(tǒng)帶寬進(jìn)行優(yōu)化，使系統(tǒng)帶寬大幅提高;文獻(xiàn)[2]提出誤差自適應(yīng)前饋控制方法，提高了系統(tǒng)抑制光束抖動(dòng)的能力。韓京清教授提出的自抗擾控制策略[3-4]，將系統(tǒng)受到的所有擾動(dòng)歸結(jié)為一個(gè)單獨(dú)擾動(dòng)，以此達(dá)到抑制擾動(dòng)的目的，使系統(tǒng)有更強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)性。

本文將自抗擾控制策略應(yīng)用于空間光通信APT系統(tǒng)，并分析了自抗擾控制下的參數(shù)對APT系統(tǒng)的擾動(dòng)影響，然后使用線性自抗擾的控制方法，針對擾動(dòng)做了參數(shù)整定，結(jié)果證明，自抗擾控制策略對精跟蹤部分的擾動(dòng)抑制性能提升明顯，并且對APT系統(tǒng)的控制精度有了進(jìn)一步提高。

1 APT精跟蹤系統(tǒng)自抗擾控制結(jié)構(gòu)及擾動(dòng)分析

精跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其工作過程如圖1所示。

圖1 精跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of fine tracking system

CMOS接收到信標(biāo)光的信號，經(jīng)圖像處理和光斑中心位置提取后，由精跟蹤控制器計(jì)算FSM的偏轉(zhuǎn)角度，計(jì)算后通過D/A模塊將控制器的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，從而驅(qū)動(dòng)4個(gè)PZT運(yùn)動(dòng)，以控制FSM偏轉(zhuǎn)，在FSM的作用下，光斑移動(dòng)到CMOS中心，完成控制任務(wù)。

精跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，PZT與FSM可以看作二階震蕩環(huán)節(jié)，壓電陶瓷的滯環(huán)現(xiàn)象、驅(qū)動(dòng)器的蠕變過程以及CMOS傳感器的延遲可以近似成一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)[5]，傳遞函數(shù)可以表示為