自适应光学控制系统对Kolmogorov湍流补偿的修正有效带宽

基于时间功率谱反演生成的Kolmogorov湍流时间序列, 模拟分析了自适应光学控制系统跟踪回路与高阶误差校正回路在有限误差-3 dB带宽、 有时间延迟情况下的闭环校正残余误差, 得出了系统的跟踪残余方差、高阶残余方差与误差-3 dB带宽的数值拟合结果, 修正了系统有效带宽的表达式, 使其能更精确地估计校正残余方差. 关键词： Kolmogorov湍流 Tyler频率 Greenwood频率 有效带宽     

自适应光学闭环系统实时多路自适应控制算法EI北大核心CSCD

分析和介绍了自适应光学闭环系统中一种实用的实时多路自适应控制算法。该多路自适应控制算法综合考虑了大气湍流扰动以及自适应光学系统时间延迟对系统控制效果的影响,其各个控制回路的控制参数能根据外界扰动的变化进行实时的迭代调整,从而使系统始终工作在最优控制状态。利用61单元自适应光学系统上模拟的大气湍流扰动信号,实现了对变形镜各路控制电压进行闭环优化控制的多路自适应控制算法,并对该算法的收敛性、控制效果、控制带宽进行了仿真研究和分析。仿真结果表明,同经典比例积分控制算法相比,多路自适应控制算法具有更强的自适应性,可以更有效地减少外界扰动对自适应光学系统校正效果的影响,提高自适应光学系统的闭环控制带宽,改善控制特性。     

自适应光学的时域部分校正

导出闭环伺服系统采用ＲＣ滤波器的自适应光学望远镜的带宽表达式，对风速不随高度变化及赝风速度在所有高度上都超过自然风速这两种重要的特殊情况，讨论了系统带宽与校正后剩余波前方差或斯特列尔比（ＳＲ）之间的关系。结果表明，对前一种情况，几十至一百Ｈｚ的带宽已足够；而对后一种情况，也许需要数百乃至上千Ｈｚ的带宽。     

自适应光学系统倾斜校正回路的最优闭环带宽

基于实际自适应光学系统倾斜校正回路最常使用的比例积分控制器,分析了最优闭环带宽与大气湍流、测量噪声之间的关系.利用满足Kolmogorov湍流整体倾斜功率谱密度的时间序列进行了相关的数值仿真.结果表明,根据不同湍流强度及测量噪声选择合适的闭环带宽,可以充分发挥自适应光学系统倾斜校正回路的闭环校正能力,减小闭环残差.     

自适应光学系统对实际大气湍流波前的时域校正效果

引入时域校正因子（系统团环校正波前残余误差与系统开环时的湍流波前扰动误差之比）和系统测量信噪比,分析了自适应光学系统对实际大气湍流扰动的时域校正效果与湍流功率指数、湍流功率谱转折频率、系统测量信噪比、系统时间延迟以及系统闭环带宽的关系,并给出了系统的最佳闭环带宽。此外还分析了弱光61单元自适应学系统的时域校正效果。     

自适应光学系统对大气湍流补偿的有效性分析

从伺服控制系统的角度分析了自适应光学系统的闭环噪声、大气湍流引起的误差以及系统的总体误差，并在此基础上对自适应光学系统的有效性、系统的最佳带宽选取及系统的极限工作能力进行了分析，对已经建立的２．１６米望远镜红外自适应光学系统给出了分析结果曲线。     

压电陶瓷驱动器疲劳对变形镜校正带宽的影响

在自适应光学波前校正过程中,变形镜驱动器在交变电场的长期循环作用下会产生疲劳效应.根据自适应光学控制系统的误差传递函数和开环传递函数,结合压电陶瓷驱动器的疲劳特性,分析了压电陶瓷驱动器在产生疲劳后对变形镜延时、校正带宽和系统稳定性的影响.结果表明,对于同一种压电陶瓷,其压电性能、介电性能及机电耦合性能均随着循环次数的增加而下降,其中机电耦合性能对变形镜延时影响最大.在变形镜校正畸变波前过程中,压电陶瓷驱动器的循环使用次数越多,变形镜延时越长,其校正得到的误差抑制带宽和开环带宽越小,而相位裕度变化范围表现出缓慢增大的趋势,系统的稳定性也随之变差.     

波前曲率传感自适应光学的模式型控制技术

针对波前曲率传感自适应光学,介绍了基于拉普拉斯算子本征模式的波前闭环校正原理,理论分析了波前校正误差。建立了61单元自适应光学数值仿真模型,进行了大气湍流波前畸变闭环校正数值仿真。仿真结果与误差理论分析一致,当模式数量较少时闭环校正精度较低,而数量过多时产生的模式耦合误差也会导致校正误差增大。通过分析模式数量与复原矩阵的条件数之间的关系,给出了一种简便的最佳模式数量选择方法。     

基于变结构技术的噪声有源自校正控制

研究有源噪声控制（ＡＮＣ）问题，给出了有源噪声控制问题的一般模型。研究表明，采用前馈和反馈技术的有源噪声控制分别与控制理论中的干扰可测和干扰不可测的自适应控制相对应。提出了一种基于滑模变结构技术的噪声有源自适应控制方法，可以处理所有模型参数均未知的有源噪声控制问题，给出了一种未知模型参数的在线自适应学习算法。证明了闭环控制系统在Ｌｙａｐｕｎｏｖ意义下的稳定性。仿真结果表明，基于滑模变结构技术的噪声有源自适应控制是一种非常有效的控制方法。     

摆动镜随动系统的设计与实现

光学摆镜是某红外目标干扰模拟器的核心部件,要求光学摆镜运动位置控制精度高、响应时间短。在系统建模和仿真分析的基础上,提出了一种光学摆镜伺服控制系统的设计和实现方法。光学摆镜伺服控制系统是以DSP为核心,采用了位置控制回路和速度控制回路双闭环数字PID算法,利用有限转角力矩电机作为控制系统的执行机构,使用高精度旋转变压器作为控制系统的测量部件。实验结果表明,该伺服系统控制精度高,响应时间短,具有很好的工程应用前景。     

自适应光学系统的控制残余方差分析

分析自适应光学系统的控制残余方差与控制带宽的关系.对于存在时间延迟的自适应光学系统,推导了计算大气湍流控制残余方差的近似方式,并给出了有探测噪声情况下确定系统最优控制带宽的公式.以61单元自适应光学系统为例,讨论了实验自适应光学系统中控制带宽的优化选择问题.     

一种基于并行化方法的自适应光学闭环预测控制器

自适应光学系统的性能受限于伺服系统的延迟误差和波前传感器的光电子噪声。提出了一种多模型单变量预测模型,该模型采用基于Levenberg-Marquardt学习算法的前馈型神经网络。利用计算机多核处理器,设计了一个具有并行处理能力的预测控制器,来实现对自适应光学闭环控制电压的预测,以消除延迟误差的影响。通过数值仿真实验,研究了预测控制器对控制电压和远场斯特雷尔比的影响,与未采用预测控制器的系统进行了比较,并对预测算法的并行性能进行了分析。实验结果表明,使用并行化方法的预测控制器可以有效缩短系统的预测时间,提高预测算法的加速比,与经典比例积分(PI)控制算法相比可以更有效地降低系统由于伺服延迟引起的误差,远场的斯特雷尔比有明显地提高。     

自适应光学中的控制算法设计与仿真

对自适应光学系统中的控制算法设计进行了整体研究。首先对自适应光学系统各模块的物理特性进行了分析,并在此基础上建立了系统整体的数学模型。针对传统处理含有纯滞后环节系统近似方法的不足,文章采用直接求解系统传递函数幅频和相频解析函数的方法来对系统特性进行分析,通过比较系统的开环特性、闭环特性、误差和噪声传递特性等对三种控制方法（积分控制、PI控制和Smith控制）的控制品质进行了分析。分析和仿真结果表明,Smith控制方法对自适应光学系统能够达到较好的控制效果,为实际系统的设计提供了理论指导。     

水平大气中横向风对自适应光学系统性能的影响

从理论上分析了光波在水平大气中传播时传播路径上的横向风对理想补偿系统和时间带宽有限的自适应光学系统性能的影响，得到了自适应光学系统的Ｓｔｒｅｈｌ比与横向风速之间的解析表达式，并据此得到了一批计算结果。这些结果表明横向风对自适应光学系统的补偿功能有很严重的影响，随着横向风速的增大，系统的Ｓｔｒｅｈｌ比迅速降低，特别是对于一定接收口径的系统，当横向风速超过一定的阈值后，加了补偿的光波的成像效果比不加补     

自适应光学系统的数值模拟：直接斜率控制法

采用直接斜率控制法完整地实现了对自适应光学（ＡＯ）系统的数值模拟，系统研究了带自适应光学校正的激光大气传输规律。提出了对计算出的位相进行了“剪接”的办法，解决了残余位相方差与自适应光学的校正效果没有对应关系的问题。证明可以把快速傅里叶变换法（ＦＦＴ）用于透镜成像的聚焦计算，与积分法得到相同的结果，报道了对于一定的延迟时间，当大气横向风速大于一个阈值时，自适应光学补偿比安全相位补偿的效果还要好，表明     

自适应光学系统的带宽及稳定性

自适应光学系统的带宽及稳定性与 Hartmann- Shack波前传感器的积分时间τs、信号采集与处理时间τd 及环路增益 g有关。自适应光学系统的校正带宽约为 1/ (10τs) ,τd及 g对系统带宽有一定影响 ;系统对于 1/ (2 0τs)以下频率范围内的扰动具有较好的拟制效果 ;τd ≥τs时 ,系统不稳定 ,减小 g可使系统稳定     

Modal prediction for closed-loop adaptive optics

The correction efficiency of adaptive optics is limited mainly by measurement noise and time delay. To overcome this problem, we describe a new modal linear predictive controller whose parameters are optimized by means of a recursive least-squares algorithm to minimize the residual optical phase variance. The method copes with the recursivity of the closed-loop operation. We demonstrate that the optimal rejection transfer function for adaptive optics is proportional to the frequency signal-to-noise ratio. Finally, we present what we believe to be the first experimental results obtained with a predictor used to control the tip-tilt mirror of an adaptive-optics system.     

自适应光学系统控制效果分析的功率谱方法

 用H-S 波前探测器得到校正前后波前相位时间功率谱, 分析了自适应光学控制系统对大气湍流扰动波前的时域校正效果。用这种方法比较了61单元自适应光学系统分别采用P-I 控制算法和Smith 纯滞后补偿控制算法对实际大气湍流扰动波前进行补偿实验时的校正效果。