| 题名 | 摆镜扫描控制系统的研究 |
| 作者 | 童子磊 |
| 答辩日期 | 2005-06-14 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 薛永祺 |
| 关键词 | 光机扫描成象 摆镜扫描 扫描效率 起止位置精度 线性度 永磁同步电机 复合控制 神经网络pid控制 重复学习控制 |
| 学位专业 | 物理电子学 |
| 英文摘要 | 现代遥感仪器有光机扫描成象和推帚式成象两种成象方式。在光机扫描成象中，摆动平面反射镜扫描是经常采用的一种。与采用其它扫描部件相比，摆镜扫描的优点是扫描效率高，这对延长系统的有效扫描时间，提高信噪比和探测灵敏度是很有意义的。但摆镜扫描运动是往复运动，大惯量高速摆镜的控制比较困难。本论文以摆镜扫描的控制方法为主要研究内容，期望的摆动扫描瞬时位置精度为±0.036°，在此基础上探索了不同控制方法对提高摆镜扫描效率的作用。 课题首先研制了一套摆镜扫描系统。该系统采用永磁同步电机为直接驱动电机，以高性能的DSP芯片TMS320F240为核心控制器。电流检测采用霍尔电流传感器，位置和速度检测采用17位增量式编码器。以矢量控制方法控制永磁同步电机的扫描运动。这套扫描系统构成了不同控制方法的硬件平台。 论文的重点是不同控制方法能达到的控制效果。文中探索了三种控制方法来提高摆镜扫描的效率和起止位置精度。这三种方法是：复合控制、神经网络PID控制、重复学习控制。 复合控制以PID控制为基础，引入前馈环节来改善其性能。PID控制采用了电流环、速度环和位置环的三环结构。为了弥补三环结构响应速度慢的缺点，又引入速度前馈，构成复合控制。实验结果表明，复合控制的起始位置和停止位置误差的最大值约为±0.13°。在2.38°～35.62°的范围内，位置的线性度误差不大于0.3%，精度难以进一步提高。究其原因，主要是由于永磁同步电机及其控制系统是一个时变的复杂系统，而且建立的数学模型只是近似模型，不能精确反映系统的实际情况。采用一组固定的P、I、D参数很难取得满意的控制效果。 神经网络PID控制是一种智能化的控制方法。它能根据系统的实际运行情况调节三个P、I、D参数，因而具有良好的适应性。本论文中神经网络控制器采用3-8-3结构的BP网络，网络的权系数用梯度下降法进行修正以提高网络的学习速度。实验结果表明，采用该控制方法系统的起止位置精度在±0.035°以内，基本达到了希望的指标要求。在2.38°～35.62°的范围内，位置的线性度误差不大于0.1%。 本论文还采用重复学习控制来进一步提高摆镜扫描效率。由于摆镜扫描的运动规律已知，并且运动具有周期性，采用重复学习控制是很有效的。本系统中重复学习控制器的低通滤波器Q(z)采用了notch函数滤波器，它较一般的二阶滤波器有更好的衰减效果。S(z)补偿器采用线性相位的IIR贝塞尔滤波器，以利于系统的相位补偿。采用该控制方法，系统的起止位置精度在±0.035°以内。在2.38°～35.62°的范围内，位置的线性度误差不大于0.1%。 本课题研制的扫描装置的设计参数参考了OMIS系统，是为OMIS的改型所做的初步探索。原OMIS系统采用45°镜扫描，如果改成摆镜扫描，期望能利用摆镜扫描效率高的优点提高系统的信噪比和探测灵敏度。 通过对摆镜扫描系统不同控制方法的研究可以得出以下结论： 1.传统的PID控制和复合需要建立系统的精确数学模型，而且控制参数不能根据外部条件的变化进行调节。对于控制精度要求较高的场合很难满足要求。 2.智能控制（在本系统中是神经网络PID控制和重复学习控制）不依赖系统的精确数学模型，而且可以根据外部条件的变化调节控制参数，具有良好的适应性，能够达到比传统控制方法更好的控制效果。 3.本论文采用的三种控制方法得到的结果各不相同。选择适当的控制方法对提高扫描系统的性能是至关重要的。对上述三种控制方法进一步改进，探索其它的控制方法是一项很有意义的工作。 |
| 学科主题 | 红外系统与元部件 |
| 公开日期 | 2012-06-25 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/4097]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 童子磊. 摆镜扫描控制系统的研究[D]. 中国科学院研究生院. 2005. |
| 个性服务 |
| 查看访问统计 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
修改评论