用于光电望远镜机械谐振抑制的控制算法

李 欣，马文礼，周文琳，罗 君，钱俊璋

(1.中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209；2.中国科学院大学,北京 100049)

0 引 言

光电望远镜是一种精密光学仪器，广泛应用于天文学、航空和航天技术等领域。伺服控制系统是光电望远镜的重要组成部分，而望远镜机械系统的低频机械谐振制约着望远镜伺服控制系统跟踪精度和抗干扰性能的提升[1]，例如VLT望远镜的轴系机械共振频率为7.2 Hz[2]。一般而言，控制系统的速度环的带宽只能是机械谐振频率的1/3～1/6[3]。

除机械谐振外，控制系统还会受到死区、摩擦、风扰[4]等的各种干扰。为了抑制这些干扰，人们又提出了各种控制方法，包括LQG[5]、SMC[6]和H∞[7]控制等，然而这些控制算法不便于调试，没有得到广泛应用。在众多方法中，加速度反馈法既能抑制机械谐振，又能提高抗干扰性能，实际运用较多。

自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)由韩京清研究员提出[8]，经线性化后，得到广泛的应用。该方法将机械谐振、死区、摩擦、风扰等各种干扰统一当作“总扰动”来处理，通过扩张状态观测器(ESO)来观测和补偿总扰动，使被控对象趋近于理想的被控对象，控制器设计变得简单。文献[9～11]采用ADRC实现了控制系统的带宽超过机械谐振频率，结果表明ADRC抑制机械谐振的效果比加速度反馈法好，是机械谐振抑制的新方法。

1 望远镜控制系统模型

望远镜控制系统有两个自由度，即方位轴系和俯仰轴系，如图1所示。方位轴系和俯仰轴系都由永磁同步电动机、编码器和电机驱动器组成。

图1 望远镜控制系统结构