基于PI迟滞模型的压电变形镜控制技术研究

发布时间：2023-03-30 00:14

　　自适应光学通过控制变形镜镜面形貌来实时补偿光学像差,在天文观测、生物技术、激光工业、视网膜成像及激光通信等方面具有广阔的应用前景。压电变形镜由于其具有分辨率高、响应速度快、驱动力大等优点,得到广大研究人员的青睐,但是压电变形镜的迟滞非线性直接导致了系统开环控制精度及闭环工作带宽的降低。本文的研究目的是对压电变形镜的迟滞非线性特性进行消除,主要分以下几方面:(1)首先对压电变形镜的迟滞非线性进行了分析,同时基于迟滞非线性模型控制方法,详细描述了PI迟滞模型,给出了迟滞模型参数选取和辨识的方法以及PI逆模型的计算。(2)其次搭建了基于哈特曼波前传感器的自适应光学测试实验系统。利用PI迟滞模型建立环形致动器的迟滞模型,通过最小二乘法优化算子数,当算子数为9个时综合性能较好。对离焦面形进行前馈控制,实验结果表明:经过迟滞消除后环形致动器迟滞由9.3%降低到1.2%。对于幅值为变幅值三角波(最大幅值为0.43μm)的离焦面形,其重构误差的RMS值由迟滞消除前的14.6 nm下降为迟滞消除后的4.0 nm,重构精度提高72.6%。对于随机幅值的离焦面形重构,误差面形的RMS值从迟滞消除前的13.7...

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 自适应光学与压电变形镜
        1.1.1 自适应光学原理与应用
        1.1.2 压电变形镜工作原理和类型
    1.2 压电变形镜的迟滞问题
        1.2.1 压电变形镜的迟滞非线性
        1.2.2 压电变形镜的迟滞消除方法
        1.2.3 压电变形镜的迟滞模型
    1.3 研究目的和内容
2 压电变形镜的PI迟滞建模
    2.1 PI迟滞模型
    2.2 模型参数的选取和辨识
        2.2.1 参数的选取
        2.2.2 参数的辨识
    2.3 PI迟滞逆模型
    2.4 压电变形镜迟滞建模
        2.4.1 压电变形镜的面形表示
        2.4.2 电压控制方程
        2.4.3 压电变形镜的PI迟滞模型
    2.5 本章小结
3 单致动器前馈控制
    3.1 自适应光学系统实验平台
        3.1.1 试验系统主要硬件配置
        3.1.2 实验系统软件设计
    3.2 环形致动器的迟滞建模
        3.2.1 环形致动器迟滞测定
        3.2.2 模型辨识和优化
    3.3 基于环形致动器的离焦前馈控制实验
        3.3.1 标准三角波离焦面形重构
        3.3.2 变幅三角波离焦面形重构
        3.3.3 随机离焦面形重构
    3.4 本章小结
4 压电变形镜前馈控制
    4.1 压电变形镜性能测试
    4.2 19 单元变形镜迟滞建模
    4.3 变形镜面形前馈控制实验
        4.3.1 最速下降法求电压
        4.3.2 典型像差重构
        4.3.3 任意复杂面形重构
    4.4 本章小结
5 结论和展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
在学研究成果
致谢



本文编号：3774786