迟滞非线性系统的神经网络建模

提出了一种利用神经网络对迟滞非线性系统的建模方法。网络分三层结构,隐层神经元的激励函数采用两个移位的Sigmoid函数组成的迟滞环构成,根据非线性系统的特点,给出了网络结构的确定方法。网络的学习算法采用传统的梯度下降学习算法。利用该网络对压电陶瓷迟滞特性进行了建模实验,实验结果证明了该方法的有效性。     

基于小波变换的压电陶瓷动态迟滞特性建模

为了解决压电陶瓷迟滞系统的建模问题,提出了一种新迟滞建模方法--在小波域(时频域)对迟滞特性进行建模.该模型通过一维离散小波变换,实现输入信号从时域到小波域的转换;对转换后得到的小波域元素利用RBF神经网络进行逼近;再通过一维离散小波逆变换,使逼近后的小波域元素重新回到时域,整个变换过程间接地实现了对时域迟滞特性的描述.通过仿真表明,该建模方法是有效的,并具有较高的精度.     

基于PI逆模型的快速微摆反射镜的开环控制

由压电陶瓷驱动器构成的快速微摆反射镜平台存在迟滞特性,影响了对快速微摆反射镜的控制。为了能够有效的对快速微摆反射镜进行控制,采用基于PI逆模型的开环控制方法。首先,采用PI模型对快速微摆反射镜平台的迟滞特性建立数学模型,通过最小二乘法辨识PI模型的参数;其次,基于PI模型的可逆性,求解PI逆模型参数;最后,验证基于PI逆模型的开环控制方法的有效性。根据轨迹跟踪实验得到的数据,在正弦波轨迹输入信号下的均方根误差为1.23%,最大误差为2.45%;在三角波轨迹输入信号下的均方根误差为1.3%,最大误差为2.37%。证明了基于PI逆模型的开环控制方法是可行的,能够有效地控制快速微摆反射镜。     

压电陶瓷作动器的改进Duhem迟滞建模

针对压电陶瓷作动器自身存在的迟滞特性,且在高频信号下迟滞现象更严重的问题,该文提出了一种基于单输入单输出关系建立的改进Duhem模型.根据实验测得压电陶瓷作动器输入输出数据,采用差分进化算法辨识得到作动器的参数化模型,并通过与经典Duhem模型进行对比,验证了该模型的有效性.实验结果表明,与经典Duhem模型相比,改进...     

基于LSTM神经网络的压电执行器位移迟滞建模

该文搭建迟滞测量实验平台,测量一种用于LED晶圆检测压电执行器的迟滞效应,设计了一种基于长短期记忆(LSTM)神经网络的压电迟滞模型,使用时间序列预测法对压电执行器位移迟滞效应建模。将该模型与传统的Prandtl-Ishlinskii(PI)模型进行对比。实验结果表明,神经网络模型具有较好、较广泛的迟滞建模效果,对于正弦波,位移预测精度保证小于2%;对于衰减正弦波,位移预测精度可保证小于3%。较高的模型预测精度为使用压电执行器进行LED晶圆检测提供了依据。     

压电陶瓷驱动器迟滞非线性的改善方法

压电陶瓷驱动器在微位移定位方面被广泛应用,但压电陶瓷驱动器的迟滞非线性严重影响其定位精度,因此,介绍了各种改善压电陶瓷驱动器迟滞非线性特性的方法,并提出了用3次样条插值法和最小二乘曲线拟合法来实现压电陶瓷驱动器的精确定位,改善压电陶瓷驱动器的迟滞非线性特性,实验表明,以上方法可使压电陶瓷驱动器的定位误差小于5％.     

压电驱动器的率相关迟滞特性建模与测试

该文提出了一种与速率相关的Prandtl-Ishlinskii(P-I)模型来表征压电驱动器的速率相关迟滞非线性。该模型基于双边Play算子的经典P-I模型,引入多项式修正其中心对称性。在此基础上将驱动电压升降速率引入模型参数中,用以描述其率相关性。测试压电驱动器的率相关迟滞特性,采用最小二乘算法对模型参数进行辨识。结果表明,在速率为0.12～6 V/ms内最大误差为0.076～0.190μm,均方根误差为0.044～0.077μm,相对误差为1.2%～3.2%,验证了所建模型的准确性。     

快速控制反射镜

高空气球实验的光学仪器舱中有4块快速控制反射镜(FSM)。每一块反射镜将在捕获、跟踪和瞄准(ATP)实验任务中完成一种特定的功能。Pseudo IPSRU控制反射镜(PSM)用于稳定相对于惯性稳定参考单元的光学视线(LOS);准直控制反射镜(ASM)用于保持内     

基于激光回馈干涉系统的PZT迟滞特性测量

压电陶瓷迟滞特性对精密控制系统的精度具有重要影响,目前PZT迟滞特性的测量方法精度较低或者测量系统复杂,难以实现高精度测量。总结分析了目前测量压电陶瓷特性的方法,并使用基于激光回馈干涉原理的微片激光回馈干涉测量系统,利用物体表面的散射光对压电陶瓷的迟滞特性进行测量和分析。该方法不需靶镜,对被测对象要求较低,测量便捷,测量精度达到纳米量级,对精密控制系统中压电陶瓷的校准测量具有重要意义。     

基于RBF神经网络的压电执行器迟滞建模

针对压电陶瓷执行器的迟滞非线性特性问题,该文提出了一种最小二乘法与径向神经网络相结合的建模方法。首先,通过搭建压电执行器位移测试系统,得到执行器输出位移与输入电压的对应曲线关系,然后用最小二乘法对该曲线进行多项式拟合,得到压电执行器的迟滞数学模型,在此基础上再用径向基函数神经网络方法对该模型进行优化。最后对建立的模型进行分析发现,用最小二乘法拟合的多项式数学模型,其最大误差Emax=0.244 7 μm,标准方差δ=0.059 02 μm,而利用径向基函数(RBF)神经网络优化建模后,Emax=0.079 89 μm,δ=0.016 04 μm。实验证明该模型有较高的准确性, 该文为压电执行器迟滞建模提供了一种新的方法。     

基于改进自抗扰的快速反射镜控制研究

快速反射镜(Fast Steering Mirror,FSM)是光电跟踪系统中精跟踪的重要组成部件,FSM系统需要满足响应时间快,高精度以及抗干扰等性能要求.提高跟踪精度以及减小响应时间是快反镜系统需要解决的关键问题.本文提出了一种改进非线性状态误差反馈控制律的自抗扰控制器,在传统自抗扰优良控制效果的基础上,进一步改善了系统的动态性能和稳态性能.经过大量仿真研究,与传统自抗扰控制相比,该方法使系统的动态性能提升80％左右,跟踪精度增加了46％左右.     

基于两自由度压电驱动快反镜的星光跟踪控制

为了抑制各种动态干扰对天文望远镜星光观测系统成像质量的影响,建立了基于两自由度压电驱动快反镜的星光跟踪控制系统。控制系统在采用前馈控制补偿压电执行器的迟滞非线性的基础上,构建比例积分微分(PID)反馈控制以增强系统的抗干扰能力。建立了相应的实验系统对该控制系统的有效性进行实验验证。实验结果表明,基于两自由度压电驱动快反镜的星光跟踪控制系统使天文望远镜的最大跟踪误差降低了78.3%。因此,该文建立的星光跟踪控制系统能有效地提高天文望远镜的成像质量。     

激光自动对准系统中快速反射镜机构研究

针对激光自动对准系统,开展了快速反射镜机构研究.利用2个直线步进电机,分别驱动2对楔块,通过楔形摩擦副实现快速反射镜的两维转动,应用楔块角度自锁,实现快速反射镜对光轴的精密调整和精度保持.为保证激光对准系统工作时,对准激光经快速反射镜后能始终返回CCD视场内,确定快速反射镜的工作转角范围:方位为±6.975′,俯仰为±...     

快速反射镜控制系统设计

针对快速反射镜的控制系统展开分析和研究。首先,概述了FSM的技术特点。其次,对FSM控制系统实现过程进行了研究,具体包括系统辨识,速度环回路闭环,位置环回路闭环和电流环回路闭环。然后,针对FSM控制系统实现过程进行了仿真验证,实现了FSM控制系统跟踪精度5″。最后,对FSM系统的性能进行了综合总结。     

快速倾斜反射镜精跟踪系统

报道了四象限光电探测器和快速倾斜反射镜为主要功能快的光束精跟踪系统的研究。采用模拟动源对系统性能进行了测试,结果表明该系统有良好的精跟踪能力。同时,结合望远镜跟踪系统对距离５５０ｍ的一个动态合作目标进行了精跟踪实验,该系统在望远镜的基础上可以大大提高跟踪精度。     

装配误差对快速反射镜控制精度影响及其抑制方法

快速反射镜(fast steering mirror,FSM)的反射镜组件在装配过程中的装配误差会造成反射镜质心偏离系统几何中心,基座角运动时该装配误差会在系统中产生不平衡力矩.为了研究该力矩对快速反射镜控制系统精度的影响,建立了装配误差作用下快速反射镜控制系统的等效扰动模型,并提出了一种改进干扰观测器(disturbance observer,DOB)用于抑制该扰动.仿真结果表明,无论扰动的频率是否在系统闭环带宽的作用范围内,不平衡力矩的存在都会降低系统的跟踪精度,改进DOB环节的引入可以有效地抑制等效扰动对控制系统性能的影响,当等效扰动的频率为116 Hz时,对扰动幅值极值的抑制可达14.81％.     

天基平台快速反射镜扰动信号抑制方法

天基平台快速反射镜在工作过程中受到空间电离辐射和天体摄动力的影响,会在音圈电机和负载输出端引起电流以及位置扰动,降低系统稳态精度和跟踪精度.为了减小扰动对系统的影响,在音圈电机输出电流路径和负载输出位置路径分别设计了扰动观测环节用于实现对特定扰动的抑制.首先,分析了天基环境下各扰动信号对系统输出精度的影响;然后,在系统...     

激光通信系统中快速反射镜控制技术研究

为满足激光通信系统跟踪精度的要求,采用快速反射镜系统作为精跟踪控制核心.选用大行程、高分辨率、高带宽的音圈电机驱动快速反射镜,对音圈电机控制方法进行了研究.首先,定性分析了快速反射镜系统的组成及工作原理.然后,根据音圈电机的等效电路模型进行建模分析,得到快速反射镜的传递函数模型.最后,介绍了模拟控制器的设计原理,给出了比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivati ve,PID)电路、位置检测电路以及功率放大电路的具体设计.实验结果表明,设计的快速反射镜的角分辨率为1 μrad,重复定位精度为3 μrad,闭环带宽(-3 dB)为300 Hz@1 mrad,满足激光通信系统稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求.     

柔性轴承有轴系快速反射镜结构设计

快速反射镜是自适应光学中重要的光学元件,比较了有轴系和无轴系快速反射镜两种结构形式的性能,分析了不同的工作特点和应用特征,在此基础上设计了一种新的有轴系快速控制反射镜结构。轴系利用柔性轴承无摩擦、转角大的特点,通过分析计算提出了适用的参数,选择了相应的柔性轴承.该设计结合了有轴系和无轴系快速反射镜的优点,提出了一种具有发展前景的快速反射镜结构。     

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...