压电快速反射镜的神经网络滑模控制OA
Neural network sliding mode control for piezoelectric fast steering mirrors
为了满足复杂环境下激光通信高精度对准与跟踪的技术需求,本文针对压电陶瓷驱动的快速反射镜(Fast Steer-ing Mirror,FSM)进行了控制算法设计,从而提高跟踪性能和不同工作环境下的适应能力.首先基于Hammerstein结构建立了压电执行器的非线性数学模型,采用Prandtl-Ishlinskii模型进行静态迟滞建模,并利用几何法求取逆模型作为前馈对系统进行线性化处理.然后针对线性化系统,设计了一种径向基(Radial Basis Function,RBF)神经网络与滑模控制相结合的控制方法,通过RBF神经网络对非奇异快速终端滑模控制律中未建模非线性部分的参数进行逼近,在保证跟踪精度的基础上,进一步提高鲁棒性能.最后在伺服实验平台上进行了实验验证,实验结果表明,本文所提控制算法能够有效跟踪复合频率的参考轨迹,实现快速精确响应,均方根误差低于2.7 μrad,并能够补偿系统未建模动态特性,在模型失配10%后,跟踪50 Hz正弦信号均方根误差小于7.3 μrad,较非奇异快速终端滑模控制提高约40.16%,较自抗扰控制提高约75.9%,能够有效应对参数摄动.
To meet the demanding requirements of high-precision alignment and tracking in laser communi-cation systems operating under complex environmental conditions,this paper presented a novel control al-gorithm for a piezoelectric-actuated fast steering mirror(FSM).A Hammerstein-structured nonlinear model incorporating a Prandtl-Ishlinskii hysteresis representation was established for the piezoelectric actu-ator,and system linearization was achieved through a geometrically derived inverse model employed as a feedforward compensator.For the linearized system,a hybrid control strategy integrating radial basis func-tion(RBF)neural networks with sliding mode control was designed,where the RBF network approximat-ed unmodeled nonlinear parameters within the nonsingular fast terminal sliding mode control framework to enhance robustness while maintaining tracking precision.Experimental validation on a servo platform con-firms the algorithm's effectiveness in tracking composite-frequency trajectories with a root mean square er-ror below 2.7 μrad.Under 10%model mismatch conditions,the method maintains a root mean square er-ror under 7.3 μrad when tracking 50 Hz sinusoidal signals,representing performance improvements of ap-proximately 40.16%and 75.9%over conventional nonsingular fast terminal sliding mode control and ac-tive disturbance rejection control,respectively,while demonstrating strong robustness against parameter perturbations.
鹿麟;孙崇尚;李智斌;刘亚洲
山东科技大学 电气与自动化工程学院,山东 青岛 266590||青岛市智慧海洋装备先进控制技术重点实验室,山东 青岛 266590山东科技大学 电气与自动化工程学院,山东 青岛 266590||青岛市智慧海洋装备先进控制技术重点实验室,山东 青岛 266590山东科技大学 电气与自动化工程学院,山东 青岛 266590||青岛市智慧海洋装备先进控制技术重点实验室,山东 青岛 266590山东科技大学 电气与自动化工程学院,山东 青岛 266590||青岛市智慧海洋装备先进控制技术重点实验室,山东 青岛 266590
信息技术与安全科学
激光通信压电驱动快速反射镜径向基神经网络滑模控制
laser communicationpiezoelectric actuationfast steering mirrorradial basis function neu-ral networksliding mode control
《光学精密工程》 2026 (2)
231-244,14
国家自然科学基金项目(No.U23A20336,No.52227811)山东省自然科学基金项目(No.ZR2024MF133)山东省重点研发计划(No.2024TSGC0269)青岛西海岸新区"一事一议"人才项目
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