快速反射镜的复合快速非奇异终端滑模控制

作     者：李智斌 李亮 张建强 LI Zhi-bin;LI Liang;ZHANG Jian-qiang

作者机构：山东科技大学电气与自动化工程学院山东青岛266590 南京大学高端控制与智能运维研发中心江苏苏州215163 

出 版 物：《中国光学（中英文）》 (Chinese Optics)

年 卷 期：2024年第17卷第4期

页      面：959-970页

核心收录：

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 081203[工学-计算机应用技术] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(No.U23A20336,No.61733017) 山东省自然科学基金项目(No.ZR2021QF117,No.ZR2021QF140) 

主　　题：激光通信 快速反射镜 前馈解耦 扩张状态观测器 终端滑模 

摘      要：为进一步提升激光通信精跟踪系统的控制性能,本文对音圈电机驱动的快速反射镜(Fast Steering Mirror,FSM)控制方法进行了研究。针对FSM中存在的强轴间耦合与外部扰动问题,提出了融合前馈解耦补偿与固定时间扩张状态观测器的复合快速非奇异终端滑模控制策略。首先,采用系统辨识方法建立FSM的双输入双输出耦合传递函数矩阵模型,并设计前馈解耦补偿器补偿耦合分量,以实现X轴和Y轴之间的运动解耦。其次,针对解耦后的各单轴模型,设计固定时间扩张状态观测器,同时实现对角速度和外部干扰的固定时间估计。随后,构建快速非奇异终端滑模面,并在控制律设计中采用指数幂函数取代符号函数,以提高系统收敛速度并抑制控制抖振,基于Lyapunov方法验证所提控制系统的稳定性,并证明跟踪误差在有限时间内收敛。最后,通过对比实验验证了提出的复合控制策略的有效性。实验结果表明,FSM在100 Hz强扰动存在的情况下,跟踪60 Hz和120 Hz圆形轨迹,其轨迹跟踪误差的平均绝对值分别为0.0036°和0.0131°,系统能够保持良好的跟踪性能,说明所提复合控制策略是有效的,满足激光通信FSM对于高精度和强抗扰等要求。