大型望远镜机架驱动系统的高精度控制研究

大型天文望远镜的机架驱动精度直接决定着望远镜高分辨率的观测性能。其巨型化发展趋势又使得机架驱动系统承受更强的非线性干扰。目前，此类非线性系统的控制方法主要是PID及其变形算法。虽能满足精度要求，但需较长的调试周期，甚至几个月才能调整完善各相关控制参数。当驱动系统出现较大的维修或改造后，这种繁琐漫长的调试过程又将重演，造成较多观测时间被浪费。本项目拟构造高阶滑模控制器，利用滑模控制对系统内外干扰的不变性来实现高精度机架驱动。通过对该系统内部结构的细致分析，建立精确的数学模型。在此基础上，提出了一类简化的内部非线性动态模型，通过自适应的方法，利用该模型逼近实际的内部动态，将驱动系统转化为一类非线性自适应观测器型，进而利用观测值构造高阶滑模控制方法来消除普通滑模变结构控制易产生的高频振动现象。并试图将该模型的观测值用于对内部动态的补偿，使得机架驱动方便快捷且控制精度较传统方法能提高一倍以上。

大型天文望远镜的机架驱动精度直接决定着望远镜高分辨率的观测性能。其巨型化发展趋势又使得机架驱动系统承受更强的非线性干扰。目前，此类非线性系统的控制方法主要是PID 及其变形算法。虽能满足精度要求，但需较长的调试周期，甚至几个月才能调整完善各相关控制参数。当驱动系统出现较大的维修或改造后，这种繁琐漫长的调试过程又将重演，造成较多观测时间被浪费。本项目设计了高阶滑模控制器，利用滑模控制对系统内外干扰的不变性来实现高精度机架驱动。通过对该系统内部结构的细致分析，建立了精确的数学模型。在此基础上，提出了一类简化的内部非线性动态模型，通过自适应的方法，利用该模型逼近实际的内部动态，将驱动系统转化为一类非线性自适应观测器型，进而利用观测值构造高阶滑模控制方法来消除普通滑模变结构控制易产生的高频振动现象。将该模型的观测值用于对内部动态的补偿。试制了实验样机，在实际控制中，与常规PID方法的对比，所提方法在使用上更快捷且控制精度能提高一倍以上。