CN102540877A - 一种基于快速倾斜镜校正的振动控制装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于快速倾斜镜校正的振动控制装置的控制方法，主要用于抑制平台的振动，实现高清晰的图像稳定。具体涉及到快速倾斜镜、伺服控制器、角位移传感器、信标光源、图像传感器(如CCD、四象限等)、平台。控制方法是一种基于扰动的复合控制：反馈回路包含了高带宽位置反馈和跟踪反馈；将角位移传感器检测到平台的振动信号经过低通滤波器处理后，引入到高带宽位置反馈的输入节点处。本发明采用了捷联的传感器控制方式，有效地抑制振动，实现了高清晰的稳像，具有结构简单、稳定可靠、工程实现容易。

Description

一种基于快速倾斜镜校正的振动控制装置的控制方法

技术领域

本发明涉及跟踪控制领域，具体的涉及一种基于快速倾斜镜校正的振动控制装置的控制方法，主要用于抑制平台的振动，实现高清晰的图像稳定。

背景技术

采用快速倾斜镜抑制平台的振动，获取高清晰的图像是一项非常有意义的工作。有很多的公开文献如中国专利(200610089314.9)以及论文(adaptive filler techniques for optical beamjitter control，SPIE，Vol.7338，2009.)、(Fine Pointing Control for Optical Communications.IEEE，2001)等都做了相应的报道。文献所给出的相关控制方法主要分为2个方面：1)改善系统设计，减小系统延迟，提高跟踪带宽；2)建立自适应控制算法，通过对预估模型和实际模型的最小均方误差评估，实现自适应控制。然而，高的控制带宽总是受到多方面的限制，比如延迟、机械结构。而自适应算法需要解决最主要的技术问题：如何获取准确的参考信号以及算法的稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提出一种基于快速倾斜镜校正的振动控制装置的控制方法，采用了基于捷联的传感器的复合控制方式，有效地抑制振动。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：一种基于快速倾斜镜校正的振动控制装置的控制方法，其特征在于：该装置由角位移传感器、快速倾斜镜、伺服控制器、信标光源、图像传感器和平台组成；其中快速倾斜镜、角位移传感器、图像传感器安装在同一平台上；信标光源用于模拟空间中任意图像的点；快速倾斜镜闭环控制的目的就是消除振动，实现信标光源在图像传感器中高清晰的图像稳定；所述振动的信息来自2个方面：1)信标光源和平台之间的运动；2)平台受到外界干扰后，传递给快速倾斜镜和角位移传感器的扰动振动；其中，

角位移传感器(1)安装在平台上而不是快速倾斜镜上，直接测量外力施加到给平台的振动信息；所述的闭环控制采用反馈和基于扰动的前馈相结合的复合控制方式。反馈控制包含了高带宽位置环路和图像跟踪环路。

进一步的，所述的图像传感器为CCD或者四象限。

进一步的，所述的反馈回路，位置环路的控制带宽应该尽可能最大化，至少2倍于跟踪环路的带宽。

进一步的，所述的前馈控制，将角位移传感器检测到平台的振动信号经过低通滤波器处理后，引入到高带宽位置反馈的输入节点处。低通滤波器的带宽应该小于位置环路的带宽。

本发明相对于现有技术的优点有：

(1)本发明不增加系统带宽前提下，可以有效地提高振动抑制能力；

(2)本发明控制算法简单，稳定可靠，工程实现容易；

(3)本发明采用传感器捷联的方式，直接在安装在平台上。

附图说明

图1为本发明装置示意图；

其中，1为角位移传感器、2为伺服控制器、3为快速倾斜镜、4为图像传感器、5为信标光源、6为平台；

图2为本发明控制结构图；

其中，快速倾斜镜传递函数特性：G；位置控制器：G₁；前馈控制器：C_ff；跟踪控制器：C₂；扰动：T_d；跟踪信号输入：R；跟踪信号输出：Y。

角位移传感器、图像传感器、位置传感器特性近似为常数1。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式说明本发明，本领域的技术人员可根据本说明书揭示的内容了解本发明的功效及优点。

如图1所示，基于快速倾斜镜校正的振动控制装置：由快速倾斜镜3、伺服控制器2、角位移传感器1、信标光源5、图像传感器(如CCD、四象限等)4和平台6组成。其中快速倾斜镜3、角位移传感器1、图像传感器4安装在同一平台上。信标光源5用于模拟空间中任意图像的点。快速倾斜镜3闭环控制的目的就是消除振动，实现信标光源5在图像传感器4中高清晰的图像稳定。振动信息来自2个方面：1)信标光源5和平台6之间的运动；2)平台6受到外界干扰后，传递给快速倾斜镜3和角位移传感器1的扰动。

伺服控制器2用于装置的闭环控制，具体包含功率驱动、控制板卡、高精度采集单元(模拟电路预处理单元、A/D、D/A)、驱动电源等。通过采集单元获取角位移传感器1的模拟信号、图像传感器4的模拟信号。图像传感器4提供光源的位置偏差，该信号用做跟踪回路的闭环信号。角位移传感器1用于检测平台的振动，用作前馈信号。

反馈回路的设计已经是非常成熟的方法，高带宽的位置环路可以认为

无论是位置反馈控制器、还是跟踪控制器，都可以采用比率+积分(PI)类型的控制器，前馈控制器为一比例常数。值得注意的是对扰动前馈信号必须经过低通滤波处理后，乘一个常数K₀引入到位置反馈的输入点。在控制板卡里完成位置控制器、跟踪控制器、前馈控制器，就实现了本发明的控制方法。

按照上述方法能够实现该方法的原理如下：快速倾斜镜的模型可以用一个三阶系统描述如下：

$G\left(s\right)=\frac{K}{(s+a)(s^2+2\mathrm{w\ξs}+w^2)}---\left(1\right)$

由控制结构图1可以知道，该方法对扰动的抑制能力为：

$\frac{T}{Y}=\frac{G_{\mathrm{ff}}\frac{G_{1}G}{1+G_{1}G}+1}{G_2\frac{G_{1}G}{1+G_{1}G}+1}---\left(2\right)$

由公式(2)可以知道当

也就是前馈控制器中包含角位置信息，就可以完全消除扰动的影响。通常在具体使用的时候前馈信号一般会乘上一个比率常数K₀，用于消除传感器信号标定的不确定性。如果没有高带宽位置回路，控制对象模型不会表现如公式(1)的固定特性，在受到外界干扰的情况下，会发生变化，于是扰动前馈就是失败的。而位置闭环后前馈控制器G_ff≈-1在位置闭环带宽内是完全成立的。这里隐含的一个要求就是位置环路必须提供很高的控制器增益，也就是说应该含有积分器。同时，位置闭环带宽尽可能宽，应该至少2倍于跟踪环路带宽。否则，位置闭环带宽肯定会限制跟踪环路的带宽，影响了系统性能。

对扰动前馈信号进行低通滤波器处理主要是为了防止高频信号的干扰。低通滤波器的带宽太宽、太低都不会给系统带来很好的效果，而应该在不超过位置闭环带宽内，根据扰动信号的频率特性而设置。

本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。

Claims (4)

1.一种基于快速倾斜镜校正的振动控制装置的控制方法，其特征在于：该装置由角位移传感器(1)、快速倾斜镜(3)、伺服控制器(2)、信标光源(5)、图像传感器(4)和平台(6)组成；其中快速倾斜镜(3)、角位移传感器(1)、图像传感器(4)安装在同一平台上；信标光源(5)用于模拟空间中任意图像的点；快速倾斜镜(3)闭环控制的目的就是消除振动，实现信标光源(5)在图像传感器(4)中高清晰的图像稳定；所述振动的信息来自2个方面：1)信标光源(5)和平台(6)之间的运动；2)平台(6)受到外界干扰后，传递给快速倾斜镜(3)和角位移传感器(1)的扰动振动；其中：

角位移传感器(1)安装在平台上(6)而不是快速倾斜镜(3)上，直接测量外力施加到给平台(6)的振动信息；所述的闭环控制采用反馈和基于扰动的前馈相结合的复合控制方式；反馈控制包含了高带宽位置环路和图像跟踪环路。

2.根据权利要求1所述的一种基于快速倾斜镜校正的振动控制装置的控制方法，其特征在于：所述的图像传感器(4)为CCD或者四象限。

3.根据权利要求1所述的一种基于快速倾斜镜校正的振动控制装置的控制方法，其特征在于：所述的反馈回路，位置环路的控制带宽应该尽可能最大化，至少2倍于跟踪环路的带宽。

4.根据权利要求1所述的一种基于快速倾斜镜校正的振动控制装置的控制方法，其特征在于：所述的前馈控制，将角位移传感器检测到平台的振动信号经过低通滤波器处理后，引入到高带宽位置反馈的输入节点处；低通滤波器的带宽应该小于位置环路的带宽。

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