大型射电望远镜伺服系统的鲁棒控制方法研究

摘要

大口径射电望远镜在深空探测领域有着非常重要的作用，因而得到了广泛应用。深空探测的发展使得对大射电望远镜的探测波段和指向精度等要求越来越高，这使得射电望远镜的建造口径不断增大。而随着射电望远镜口径的增大，其结构柔性增强，基频谐振点降低，一旦受外部激励的影响，天线结构就会产生振荡，从而降低其跟踪精度以及指向精度。另外，天线在指向工作时所受的风扰也会影响系统稳定性及指向跟踪精度。因此，设计天线伺服控制方法，抑制结构的柔性振动，并且使控制系统具有鲁棒性具有重要意义。
　　本文以大射电望远镜为研究对象，设计伺服控制算法。首先，建立天线结构近似动力学模型，求解模型的输出并分析了柔性因素对系统输出的影响。除了天线结构的柔性振动的影响外，我们所建立的理论模型常常含有不确定性，这也会对控制系统的稳定性和性能造成影响。基于天线伺服控制中存在的柔性和模型不确定性问题，本文设计了LQG+H∞复合控制算法，基于LQG镇定控制器的柔性振动抑制能力和H∞控制的鲁棒性，可抑结构柔性振动并保证系统的鲁棒性。通过仿真验证了控制方法的有效性。
　　最后，针对天线系统同时存在风扰，模型不确定性影响时的鲁棒控制问题，设计基于鲁棒性波特图的复合控制方法，根据稳定鲁棒性和性能鲁棒性的判据，可将开环波特图划分为满足鲁棒性的可行域及不满足鲁棒性的禁区。设计控制器将系统波特图调整至鲁棒性可行域范围内，可保证系统在扰动不确定性和模型不确定性的影响下保持稳定鲁棒性和性能鲁棒性。通过对柔性尺系统进行仿真实验，验证了所设计的鲁棒性波特图控制方法的有效性。

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第一章 绪论

1.1本课题的研究背景

1.2国内外研究现状

1.3天线伺服控制系统

1.4本文的主要工作

第二章 大型天线近似动力学模型的建立与分析

2.1大型天线近似动力学模型

2.2近似动力学模型仿真与求解

2.3本章小结

第三章 LQG+H∞复合控制器的设计

3.1 LQG控制方法

3.2鲁棒H∞控制方法

3.3 LQG+H∞复合控制器的设计与仿真

3.4总结

第四章 基于鲁棒性波特图的鲁棒复合控制方法

4.1天线伺服系统中的风扰分析

4.2天线伺服系统不确定性分析

4.3基于鲁棒性波特图的鲁棒控制方法

4.4加权函数的选择

4.5控制器设计与仿真

4.6本章小结

第五章 半实物仿真实验

5.1 Quanser半实物仿真平台

5.2实验具体操作过程和步骤

5.3柔性尺实验

5.4本章小结

第六章 总结和展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

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