基于模糊控制的波前校正技术北大核心CSCD

模糊控制由于不依赖变形镜的响应模型,用于波前校正时具有实用性,其可行性已被证实。对自适应光学系统中模糊比例积分微分(PID)控制的波前校正效果进行了评估,包括对模糊校正带宽的测试、对模糊输入和输出论域的选取以及对模糊规则库以及波面加权模板的优化。实验结果表明,论域的选取合理,采用3×3的波前加权模板效果更好。当PID控制器3个参数矢量K_P、K_I和K_D的初始值都为0时,模糊输出论域采用隶属度正分布的规则库实用性更强。当哈特曼-夏克传感器刷新频率为120Hz时,系统校正带宽为5~6Hz,与常规PID一致。     

变论域模糊自整定PID控制器的研究

文章分析了模糊PID控制和变论域模糊控制的工作原理及其优缺点,结合二者的特点对变论域模糊自整定PID控制器进行了研究,该控制器解决了普通控制器的控制死区问题,可实现复杂系统的控制,并提高控制精度,适用性更强。     

基于大气紊流的四旋翼无人机智能控制策略

四旋翼无人机执行任务时会受到大气紊流对姿态的干扰,为此提出一种运用变论域模糊理论优化传统PID控制器的方法。根据运动学方程建立了控制精度更为准确的四旋翼无人机非线性模型。由于大气紊流具有随机性强的特点,基于Dryden模型得到了大气紊流的分量模型。考虑到传统PID控制器抗干扰能力不足,因此,结合可变论域模糊控制设计出了变论域模糊自适应PID控制器。在Simulink环境下对两种控制器先后加入了大气紊流和阶跃响应干扰进行仿真比较,结果显示,优化后的控制器鲁棒性和稳定性均优于PID传统控制器。     

基于模糊自适应PID的转台位置控制系统设计

建立了驱动器-电机-减速器和转台的数学模型及其Simulink仿真模型。介绍了模糊自适应PID控制器的设计方法,通过Matlab模糊工具箱实现了模糊PID控制系统的仿真。仿真结果表明用模糊自适应PID控制转台位置伺服系统,具有超调小、响应快、精度高、鲁棒性强等优点。将模糊控制方法与PID控制结合起来,用模糊推理方法进行PID参数的在线自整定,并取得了良好的效果。     

压电陶瓷精密控制系统的自适应模糊控制器研究

针对压电陶瓷等非线性系统,建立压电陶瓷微精密位移系统模型,并将模糊控制器替换传统的比例、积分和微分(PID)控制器,实现对PID参数的在线自整定。对模糊控制器的控制变量及论域等级等进行了研究及制定,并对其进行MATLAB仿真。实验结果表明,模糊逻辑控制器比传统PID控制器的响应速度快,超调量小,且控制策略简单易行。     

MEMS微变形反射镜校正波前静态畸变实验

微变形反射镜(MEMS-DMs)是用于自适应光学中波前校正的重要元件.对微变形镜波前校正原理进行了分析,设计了基于自适应光学系统的测试系统,通过闭环控制技术成功地利用一种分离式MEMS-DMs校正了实验系统中位相板引入的波前畸变,实验结果显示离焦项Zernike系数相对最大,是造成整个波面畸变的最重要的原因.MEMS-DMs对低阶波前畸变校正较好,高阶波前畸变校正时残余误差比较大,增加控制电极数量可以更好地校正高阶模式的波前畸变.基于自适应光学系统的MEMS-DMs波前畸变校正实验系统,可以为今后全面优化设计微变形反射镜及其更适应自适应光学系统的需要提供实验数据与理论支持.     

基于模糊自整定PID的汽轮机数字电液控制系统

基于模糊控制技术和汽轮机DEH系统的数学模型,将模糊自整定理论应用于汽轮机DEH系统,设计了一种适用于汽轮机数字电液控制系统的模糊自整定PID控制器。他利用偏差及偏差变化率作为模糊控制器的输入,并制定了模糊规则进行控制,实现PID参数的实时自整定,从而改善汽轮机调节系统的控制特性。仿真结果和分析表明在调节稳定性,超调量和自整定PID参数等方面,模糊自整定PID控制算法均优于传统PID控制算法。     

红外搜索跟踪系统伺服机构模糊-PID控制器设计及仿真研究

针对红外搜索跟踪系统中伺服机构常用的PID控制方法参数不易整定的缺点,将模糊控制和PID结合起来,构造一种模糊-PID控制器,使PID参数能进行在线调整,通过MATLAB下的仿真,从仿真结果中得出结论:模糊-PID比传统PID控制器具有更好的动态响应品质.响应时间、超调量、稳态精度及动、静态性能都得到了很大提高.从而验证了其有效性及实用性.     

一种智能PID参数整定控制系统设计与实现

在对多参量输入的嵌入式多模控制系统设计中,受到的参量扰动较大,控制精度不好,传统控制算法采用模糊PID控制算法,随着神经元输入的扰动向量不确定因素的增多,控制的收敛性受到限制。提出一种基于智能变结构模糊PID控制的多参量输入参数整定控制算法,并进行控制系统优化设计。结合滑膜积分控制和PID控制思想,首先进行多参量输入控制系统的被控对象描述,构建多模控制约束参量模型,采用变结构模糊PID神经网络进行控制约束参量的自适应训练,实现自适应控制加权,提高参数的自整定性,实现控制系统优化。仿真实验结果表明,该智能PID参数整定控制系统的控制精度较高,控制稳定性较好,参数自整定性的品质优于传统方法。     

基于像差共轭组合模型的自适应光学系统控制方法

在单位圆的同心孔径圆域内,某些特定Zernike模式具有相关关系,其中具有较强负相关关系的模式组合在一定系数条件下叠加后,一定的同心孔径内的像差会相互抵消,波面变得更加平坦,这称为模式间的共轭性。文中设置了一组畸变波前,用自适应光学系统进行校正得到残差,然后用Zernike多项式对变形镜的校正残差进行了分解,通过分析首次发现在均方误差值较大的残差波前中,低阶、高阶两部分像差间存在着明显的负相关关系,两部分像差的系数会随着变形镜控制信号的调整体现出有规律的变化,并且在一定的系数组合方式下,这两部分像差呈现出共轭性。基于以上研究结果,提出一种控制方法,该方法通过优化变形镜控制电压来调整镜面面型,使得残差中的低阶、高阶两部分像差系数实现最佳匹配,从而降低光瞳同心孔径圆域内的像差均方根值 (RMS),最终实现该孔径范围内系统成像质量的提升。分别针对点目标成像和扩展目标成像进行了仿真,结果表明:该方法相比于传统闭环共轭式校正方法,在面对复杂像差时能够得到质量更好的光学成像,有效扩展传统自适应光学系统的适用范围。这种控制方法在变形镜有较大拟合残差的场合具有很好的应用前景。     

分块式空间望远镜的波前校正方法

对于同时具有可变形分块式主镜和变形镜的空间望远镜光学系统,提出一种基于小波分解的并联波前校正法.该方法根据分块式主镜和变形镜的空间校正能力不同,利用小波分析的多分辨率分析的特点按不同尺度分解波前误差,将空间频率高于主镜空间带宽的各层波前误差合并为高频波前误差由变形镜校正,余下的低频误差由主镜校正;应用MATLAB小波工具箱对并联波前校正法进行数学仿真,并与依光路顺序的串联波前校正法进行比较,结果说明基于小波解耦的并联校正法波前校正精度高于串联校正法,适用于空间望远镜光学系统.     

Decentralized Youla parameterized adaptive regulation with application to surface shape control for magnetic fluid deformable mirrors

The magnetic fluid deformable mirror (MFDM) is a new type of wavefront corrector which has advantages compared to conventional wavefront correctors, such as higher stroke and lower fabrication cost. In this paper, a Youla (Q) parameterized adaptive regulation approach is proposed for the MFDM to correct both random and deterministic dynamic aberrations based on the dynamic model of the MFDM. The parameter Q is tuned online by a recursive least squares (RLS) algorithm so that it converges to the desired value. An adaptive optical system with a prototype MFDM is setup to verify the effectiveness of the adaptive controller. The control performance is also compared with a H_∞ controller to show the improvement of the wavefront residue RMS error. The result illustrates that the proposed adaptive control method can effectively control the mirror surface for the unknown dynamic aberration correction, especially to the deterministic disturbances in adaptive optics systems.     

自适应光学系统的自学习控制模型及其验证

在自适应光学系统中,传统比例-积分控制模型依赖于变形镜的响应矩阵,系统状态的改变会对变形镜响应矩阵造成影响,导致波前校正性能下降。通过重新定义BP(back-propagation)神经网络结构实现哈特曼斜率数据到控制信号的输出,并建立了控制模型。实验结果表明,所提模型摆脱了传统固定模型的限制,具有在线更新控制模型的特点,控制模型收敛性能良好,能适应系统状态变化,有较强的鲁棒性,同时提高了控制精度,一定程度上改善了控制性能。     

大口径快速反射镜的模糊自适应PID控制

快速反射镜能否精确稳定跟踪目标取决于良好的伺服控制性能.快速反射镜的通光口径越大,柔性支撑铰链和驱动器设计难度就越大,同时也会对伺服控制提出更高的要求.针对此问题,本文提出模糊自适应整定PID(proportional integral derivative)控制算法,该算法既能运用模糊推理进行自适应整定控制参数,又能...     

层向多层共轭自适应光学系统的模拟

单层校正自适应光学系统只能在较小视场范围内对大气湍流进行有效校正,多层共轭自适应光学技术可以突破这种限制。介绍了层向多层共轭自适应光学系统基本结构及工作原理,研究了层向多层共轭自适应光学系统的模拟,内容包括:如何产生动态大气湍流波前数据、基于四棱锥波前传感器的波前复原算法、基于模式法的变形镜闭环校正控制过程等。对单层和两层的层向共轭自适应光学系统进行了模拟仿真,仿真结果表明:层向多层共轭自适应光学系统采用了更多的导星来校正两层大气湍流,比单层校正自适应光学系统具有更大的校正视场和更好的校正效果。     

High-resolution vehicle-based adaptive optical system with two-grade tip/tilt correction

The images obtained by a large optical detection system (>500 mm) are always blurred by atmospheric turbulence. To address this blurring, an adaptive optical system is urgently needed. Here, a 1.3 m vehicle-based adaptive optical system (VAOS), located on the Nasmyth focus, is investigated. A two-grade tip/tilt steering mirror is used to eliminate tracking jitter and atmospheric tipping error. Pupil matching and cooperation between the deformable mirror and the wavefront sensor are adopted to achieve high-order aberration measurement and correction via closed-loop correction and to allow the telescope to obtain high-quality imaging. For different seeing conditions and site locations, the VAOS achieves the sensing over the wavelength range from 0.5 μm to 0.7 μm using a Shack-Harmann wavefront sensor and the correction with a 97-unit deformable mirror for an imaging spectrum range from 0.7 μm to 0.9 μm. Moreover, the maximum detection capability of the system is greater than a visual magnitude of 5, and the angular imaging resolution is better than 0.3".     

模型式无波前探测自适应光学系统抗噪能力分析

对于N单元变形镜,模型式无波前探测自适应光学系统只需N+1次远场光斑测量,收敛速度快。使用88单元变形镜、CCD成像器件等建立自适应光学系统仿真平台,分别从理论分析和仿真实验出发探讨模型式无波前探测自适应光学系统在噪声情况下的波前校正性能。结果表明:噪声条件下,基于模型的无波前探测自适应光学系统收敛速度保持不变;相同湍流条件时,不同噪声水平下的校正效果接近。与噪声水平50 dB时的结果相比,按照给定湍流条件从弱到强,噪声水平为30 dB时校正后平均RMS相对误差分别为4.75%、4.04%和2.58%。上述结果验证了基于模型的无波前探测自适应光学系统具有较强的抗噪能力。     

基于微机械连续膜变形镜的闭环实时模式复原

提出了一种基于奇异值分解的波前闭环实时模式复原算法。针对微机械薄膜变形镜（MMDM）控制电极之间交连值大、高阶模式像差校正能力低等不利因素，对闭环实时模式复原算法增加模式复原控制参数g1和g2，分别优化基于变形镜波前模式复原的收敛速度和复原精度，并且通过对变形镜影响函数进行统计分析，针对微机械薄膜变形镜的波前复原校正能力剔除了其中难以校正的模式组合，从而提高了波前复原校正的稳定性和准确度，该方法在自适应光学应用及研究领域具有一定价值。