[发明专利]电磁式快反镜的跟踪控制系统及带宽提高和相位滞后补偿方法

权利要求书

1.一种电磁式快反镜的跟踪控制系统，包括输入模块、闭环控制系统、与闭环控制系统串联连接的零相差前馈补偿器和输出模块；所述的输入模块包含信号处理和AD接口；所述的闭环控制系统由不完全微分PID控制器、快速反射镜和SGS应变传感器组成；所述的零相差前馈补偿器基于零极点对消，用于闭环控制系统的相位滞后补偿；所述的不完全微分PID控制器由比例、积分和引入惯性环节的微分控制部分组成，用于根据快速反射镜的实际转角量与经零相差前馈补偿器补偿后的设定转角量之间的偏差，实现系统不变参数的跟踪控制，不完全微分PID控制器的传递函数表示为：

式中：k_p为比例环节系数，k_i为积分环节系数，k_d为微分环节系数，T_f为惯性环节时间常数，s为复变量；

所述的快速反射镜基于音圈电机驱动，并采用大口径反射镜片；

所述的SGS应变传感器用于对快速反射镜偏转角度的传感测量，并将测量信号作为闭环控制系统的反馈信号。

2.权利要求1所述的一种电磁式快反镜的跟踪控制系统的带宽提高及相位滞后补偿方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤(1)：运用正弦扫频激励方法获取快速反射镜的频率响应特性，并进行快速反射镜的系统参数辨识，得到快速反射镜的传递函数G_P(s)：

式中：θ(s)为快速反射镜的偏转角度量的拉氏变换，U(s)为快速反射镜的工作输入电压的拉式变换，p₁为快速反射镜传递函数的分子项系数，p₂和p₃分别为快速反射镜传递函数中二阶振荡环节的二阶系数和一阶系数，p₄为快速反射镜传递函数中惯性环节的时间常数；

步骤(2)：为抑制快速反射镜的低阶谐振和提高控制带宽，需要消除快速反射镜的传递函数分母中的二阶谐振环节，则不完全微分PID控制器传递函数的结构形式为：

式中：k为增益常数，于是引入不完全微分PID控制器后的快速反射镜的开环传递函数为：

步骤(3)：进行PID参数的整定，即根据快速反射镜设计要求，若已知快速反射镜的开环工作带宽为w_c，则由得到增益k，并代入步骤(2)中的不完全微分PID控制器结构表达形式，得到不完全微分PID控制器的比例环节系数k_p＝kp₃-kT_f，积分环节系数k_i＝k和微分环节系数k_d＝kp₂-T_fk_p；

步骤(4)：根据上述得到的不完全微分PID控制器的参数，用于快速反射镜的闭环控制，运用正弦扫频激励实验方法获取闭环控制系统的频率特性，并进行闭环控制系统的系统参数辨识，得到闭环控制系统的传递函数G_c(s)：

式中：q₁为闭环控制系统传递函数分子项的系数，q₂，q₃和q₄分别为闭环控制系统传递函数分母项的二阶系数、一阶系数和常数项系数；

步骤(5)：将闭环控制系统的传递函数G_c(s)离散化得：

上式中：z^-d表示d拍滞后，A(z)表示分母多项式，B_a(z)表示分子多项式中包含所有稳定零点的部分，B_u(z)表示分子多项式中包含所有不稳定零点的部分，基于零极点对消，零相差前馈补偿器为：

式中：(B_a(l))²为一个常数，则引入零相差前馈补偿器之后的整个控制系统的闭环传递函数为：

上述闭环传递函数在0至3倍的快速反射镜低阶谐振频率的频域范围内，相位接近为0，即加入零相差前馈补偿器后，能够取得良好的滞后补偿效果，从而避免相位滞后对快速反射镜跟踪性能的影响。