[发明专利]高轨卫星星地激光链路静态输出反馈PI光束稳定控制方法

说明书

高轨卫星星地激光链路静态输出反馈PI光束稳定控制方法，属于通信激光束的跟踪技术领域。本发明是为了解决现有通信激光束的跟踪系统中PI控制器的参数选取复杂的问题。它通过参数辨识方法获得卫星光通信系统的动态方程和PI控制器的动态方程，将镇定PI控制系统转换为镇定静态输出反馈控制系统，获得镇定静态输出反馈控制器，由输出反馈控制器的参数构造镇定PI控制器；它通过PI控制器静态输出反馈参数精密调正，解决高轨卫星星地激光链路光束稳定跟踪难题。本发明用于实现通信激光束的稳定跟踪。

技术领域

本发明涉及高轨卫星星地激光链路静态输出反馈PI光束稳定控制方法，属于通信激光束的跟踪技术领域。

背景技术

卫星光通信终端以激光光束为信号载体，在两颗相对运动的卫星间进行信息传输。考虑到激光通信的通信距离远(数千至数万公里)、信号发射功率有限、接收传感器灵敏度有限、接收天线的孔径大小受限等因素，要求尽量减小通信光束的束散角，因此需要激光通信终端对通信光束具有稳定的跟踪能力。

精跟踪系统由压电陶瓷驱动的快速倾斜镜和精跟踪CCD构成，具有闭环带宽高、响应速度快的特点，能够实现对通信激光束的精确瞄准和稳定跟踪。其控制器设计的好坏直接影响光束的动态跟踪能力。通常情况下，精跟踪系统使用PI(比例+积分)控制器，而传统的设计方法中，PI控制器完全通过人工调试比例项和积分项参数达到要求的设计效果。在这一过程中，首先需要找到一个合适的比例项和积分项参数使得闭环系统稳定，即先调试出一个使系统镇定的PI控制器；在此基础上，再微调比例项和积分项参数以达到理想效果。事实上，镇定PI控制器的参数选取是较为复杂的。

发明内容

本发明目的是为了解决现有通信激光束的跟踪系统中PI控制器的参数选取复杂的问题，提供了一种高轨卫星星地激光链路静态输出反馈PI光束稳定控制方法。

本发明所述高轨卫星星地激光链路静态输出反馈PI光束稳定控制方法，它包括以下步骤：

首先通过参数辨识方法获得卫星光通信系统的动态方程为：

式中A、B、C是系统参数，x(t)是系统的状态向量；u(t)是系统的控制输入变量，y(t)是系统的输出变量；

PI控制器的动态方程为：

式中K_p和K_i为镇定PI控制器的待确定参数；τ为积分变量；

构造变量s(t)为：

构造状态变量为：

将PI控制器的动态方程进行如下变形：

式中K＝[K_p K_i]，

式中I为单位矩阵；

对求导数，并利用公式(1)和(3)，则：

式中

将式(5)和式(6)组成新的动态方程如下：

由式(4)和式(7)获得：

构造Lyapunov函数V(t)：

其中P为对称正定矩阵，

Lyapunov函数V(t)的导数为：