基于重复控制的光电望远镜低速平稳性改善方法

　　0　引言

　　速率平稳性是衡量光电望远镜动态性能的一项重要指标,在观测深空目标时,需要光电望远镜具有极高的低速平稳性的精度要求。直流伺服系统的低速性能是指系统输入速度很低时,系统输出运动是否能保持平稳和出现抖动的特性。低速性能的优劣一般以低速抖动来衡量,低速抖动是指系统转速低于某一临界值时,速度出现脉动的现象。影响直流伺服系统的速率平稳性的因素主要是非线性因素,在这些非线性因素中摩擦力矩和电机波动力矩是两个主要影响因素。摩擦力矩和电机波动力矩造成的低速抖动具有周期性重复的特点。重复控制属于内模控制的一种,最早用于高精度跟踪周期已知的参考输入,重复控制算法对周期性扰动有很好的抑制作用。作者给出了光电望远镜直流伺服系统的一种利用重复控制算法抑制力矩扰动从而提高系统低速平稳性的方法,实验结果表明,该方法可以有效地改善系统的低速性能。

　　1　影响系统低速平稳性的因素分析

　　光电望远镜的速度精度及低速平稳性是评价光电望远镜动态性的重要指标。伺服系统的低速性能是指当系统输入的速度很低时,系统的输出速度是否能保持平稳或出现抖动的特性。

　　影响低速平稳性的主要因素有两个:一个是作用在方位转动轴上的干扰力矩,如轴承、电机械刷、导电滑环的摩擦以及电机的力矩波动等;二是测量元件、反馈元件的死区误差以及测量误差。这些误差有的是随机的,有的是有规律的,由此引起波动的速度误差。

　　1·1　测速反馈元件

　　光电望远镜的测速反馈元件一般有光电编码器、测速机、旋转变压器以及感应同步器等几种。影响系统低速性能的主要因素是测速元件的测速精度。对于模拟输出的测速设备而言,例如测速机,影响测速精度的因素主要有以下几个方面:测速设备自身的精度、后端A/D采样的分辨率以及自身模拟输出的纹波电压。对于后两项采用过采样和滤波算法可以有效地提高测速精度。光电编码器等数字测速设备影响测速精度的因素

　　主要有以下几个方面:采样周期、设备分辨力以及细分误差。采样周期限制了系统的带宽,因此系统设计时希望采样周期足够高,但是高采样周期又使数字测速系统的最小测速分辨率受到限制,因此设计系统时应选用折中的采样周期。光电编码器的设备分辨率主要指码盘的位数,原则上位数越高越好。细分误差是数字细分时产生的误差,可以通过均值滤波的方式尽量缩小细分误差,但是均值滤波的采样点数不宜选择过多,过多的采样点数对系统的相角影响较大。

　　1·2　干扰力矩