赤道式望远镜的变结构PI控制

发布时间：2021-10-09 07:49

　　为提高赤道式望远镜伺服系统的性能,分析了经典PI控制器的特点,并结合变结构的思想,设计了一种变结构PI控制器（VSPI）。构造了以速度误差为自变量的比例增益函数和以位置误差为自变量的积分增益函数,通过这两个函数,VSPI能够根据误差的变化实时改变其结构和参数。针对某赤道式望远镜的传递函数模型,仿真比较了经典PI和VSPI的控制结果,验证了VSPI的作用,同时在望远镜上进行了实验。实验结果表明:应用VSPI控制器后,赤道式望远镜的1°位置阶跃过渡时间由0.68 s缩短至0.59 s,稳态误差由0.62″RMS减小到0.13″RMS,等效正弦跟踪误差由3″RMS减小到1.87″RMS。采用变结构PI控制器的伺服系统性能明显提高,满足赤道式望远镜跟踪精度高、响应速度快的要求。 

【文章来源】：重庆理工大学学报(自然科学). 2020,34(12)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

赤道式望远镜伺服控制结构框图

设计一种变结构PI控制器(VSPI)并用于赤道式望远镜的速度回路，VSPI的结构如图2所示。VSPI的比例增益KP是速度误差的函数，而积分增益KI是位置误差ep的函数。ep、ev是伺服系统的实时速度误差和位置误差，KP、KI的变化规则如式(2)(3)所示。

比例增益KP的调整依据是ev的变化。当ev=0时，KP取最小值为KP0;当ev→±∞时，KP取最大值为KP0+KP1。KP的变化趋势与误差的变化趋势相同。调整c0的大小可调整KP变化的速率，图3为KP随ev的变化曲线。变化的比例增益既能提高响应速度、减小超调量，也能保证稳定性。积分增益KI的调整依据是ep的变化，通过函数f(ep)动态地调整KI。式(2)为f(ep)的变化规则，图4所示为f(ep)的变化曲线。ep0用于界定动态过程和稳态过程。当时，伺服系统的响应处于动态过程，f(ep)的值恒为1,KI取最小值KI0，积分作用保持不变;当时，响应进入稳态过程，f(ep)>1，通过f(ep)对KI进行动态放大，从而动态地加强积分作用，减小摩擦力矩的影响，进而提高速度回路对位置回路输出的跟踪能力。f(ep)的值随着ep的减小而逐渐变大，当ep=0时f(ep)取最大值，此时积分作用最强。

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本文编号：3425947