两个自适应光学系统串联校正的控制性能分析

提出了一种用两个自适应光学系统串联校正的方法，这两个自适应光学系统分别采用前馈控制和反馈控制布局，利用一组共用的波前校正器中联起来，分析了这种串联校正方法的控制性能和噪声传递特性，在技术复杂性增加不多的条件下，这种串联结构的整体控制效果比单一系统改善了很多，用实际61单元自适应光学系统上的实验数据进行了仿真，验证了这种方法的有效性。     

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.     

基于混合H_2/H_∞控制的自适应光学系统设计与仿真

为了使自适应光学系统校正后的残余波前整体倾斜小并且系统的鲁棒稳定性好,提出采用混合H2/H∞控制方法来设计自适应光学系统控制器.为了验证控制效果,通过自适应光学波前整体倾斜校正试验平台仿真了大气湍流波前整体倾斜,对比了采用混合H2/H∞控制器和采用经典积分控制器的自适应光学波前整体倾斜校正试验平台的残余波前整体倾斜以及系统的鲁棒稳定性.结果表明,相对于采用积分控制器的试验平台,采用混合H2/H∞控制器的试验平台同时获得了更小的残余波前整体倾斜和更好的鲁棒稳定性,证明了自适应光学系统混合H2/H∞控制方法的有效性.     

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。     

用于空间目标偏振探测的望远镜系统偏振分析

基于地基大口径自适应望远镜构建成像偏振探测系统,可以同时获取空间目标的光强和偏振图像,将光强信息和偏振信息相结合,能为空间目标的探测和识别提供更多依据。现有的1.23m自适应望远镜在设计时并未采用保偏设计,在开展观测研究前需得到光学系统的偏振传输特性。但目前难以直接对大口径望远镜进行偏振标定,为了分析1.23m自适应望远镜光学系统的偏振传输特性,基于相干矩阵和光线追迹法建立了望远镜系统偏振传输特性分析模型。仿真得出了1.23m自适应望远镜光学系统的偏振传输特性,发现光学系统会引入较大的偏振探测偏差。为减小偏振探测偏差,给出了一个可行的保偏改进方案,并通过已建立的模型验证了该方案的有效性。     

一种自适应光学闭环系统预测控制算法的仿真研究

介绍了校正大气湍流畸变波前像差的自适应光学系统中,基于预测控制技术对变形镜控制电压进行预测以减少自适应光学系统中时间延迟误差的方法.对受横向风影响的大气湍流畸变波前斜率数据,利用数值仿真方法,研究了基于递推最小二乘(RLS)算法的线性预测控制算法对自适应光学系统变形镜控制电压进行超前预测的方法,并与采用比例积分(PI)...     

600mm望远镜液晶自适应系统成像光路设计

为了与600 mm望远镜匹配以验证液晶自适应光学的有效性,利用Zemax光学设计软件进行了液晶自适应光学系统的设计和优化.根据望远镜的参量、大气湍流的特性和液晶的特点提出设计要求,然后进行光学系统设计和Zemax软件模拟优化,设计出了满足要求的系统.对该光学系统进行性能评价.设计出的系统与望远镜的组合焦距为35 m, F数为58.求得光学系统在像面处的极限线分辨力为44.8 μm,成像CCD的像元尺寸为16 μm,满足采样定理.液晶自适应光学系统的调制传递函数与衍射极限传递函数非常接近,而且系统的光程差像差在0.1λ左右,说明系统具备优良的光学性能.     

Smith-Fuzzy-PID在集中供热控制系统中的应用研究

供热过程存在的大惯性,时变性,滞后性等特性,严重影响了供热过程的控制性能;为了解决上述问题,针对二次网进行了基于温度的流量调节;并且分别针对滞后特性在PID的基础上加入了Smith算法,针对时变特性又在Smith和PID基础上加入模糊控制,分别就所建模型和由于扰动等外界因素造成的系统参数变化后的模型设计了Smith-Fuzzy-PID控制器并进行了仿真研究;仿真结果表明,Smith-Fuzzy-PID在模型精确和外界扰动两种情况下均能达到很好的控制效果,方法可行有效。     

自适应光学系统中的逢适应控制算法研究

介绍和分析了一种在自适应光学系统中实用的自适应控制算法。与经典控制算法相比，自适应控制算法调整方便，综合考虑了大气湍流扰动和探测噪声等对系统控制效果的影响，控制参数能适应工作环境的变化，使系统达到最优控制状态。以61单元自适应光学系统上实现的自适应控制算法为例，用经典控制理论的波德（Bode)图、控制带等概念分析了这种算法的特点，并针对算法在实际系统应用中遇到的问题提出了解决的办法。     

自适应光学控制系统的有效带宽分析

分析了自适应光学控制系统中闭环带宽和对湍流校正的有效带宽的关系，比较了采用比例积分控制和纯滞后补偿控制的自适应光学控制系统的带宽。分析结果认为自适应光学控制系统应当具有较高的有效带宽。较低的闭环带宽，系统中的时间延迟是限制自适应光学控制系统有效带宽的主要因素。     

Optical axis jitter rejection for double overlapped adaptive optics systems

Optical axis jitters, or vibrations, which arise from wind shaking and structural oscillations of optical platforms, etc., cause a deleterious impact on the performance of adaptive optics systems. When conventional integrators are utilized to reject such high frequency and narrow-band disturbance, the benefits are quite small despite their acceptable capabilities to reject atmospheric turbulence. In our case, two suits of complete adaptive optics systems called double overlapped adaptive optics systems (DOAOS) are used to counteract both optical jitters and atmospheric turbulence. A novel algorithm aiming to remove vibrations is proposed by resorting to combine the Smith predictor and notch filer. With the help of loop shaping method, the algorithm will lead to an effective and stable controller, which makes the characteristics of error transfer function close to notch filters. On the basis of the spectral analysis of observed data, the peak frequency and bandwidth of vibrations can be identified in advance. Afterwards, the number of notch filters and their parameters will be determined using coordination descending method. The relationship between controller parameters and filtering features is discussed, and the robustness of the controller against varying parameters of the control object is investigated. Preliminary experiments are carried out to validate the proposed algorithms. The overall control performance of DOAOS is simulated. Results show that time delays are a limit of the performance, but the algorithm can be successfully implemented on our systems, which indicate that it has a great potential to reject jitters.     

自适应控制在HL-2A等离子体电流控制中的应用

研究了一种新型的坚实可靠的自适应控制算法在HL-2A装置等离子体电流控制中的应用,并使用MATLAB进行了计算机仿真。结果表明,该控制方法与典型的PID控制相比,能显著地提高系统的动态响应性能。且具有较好的抗干扰性。     

光束控制系统组件化仿真及运动解耦方法研究

利用激光系统组件化仿真软件构建了光束控制系统的组件化仿真框架,对几何/波动光学传输、光束定向器机架与其内部光学元件的耦合运动进行了仿真,提出了目标脱靶量数据和传感器图像自动更新、光束定向器机架与其内部多块快速倾斜镜控制驱动量自动解耦的数值仿真新方法,并在动态跟踪控制可视化过程中完成了光束定向器机架、多块快速倾斜镜驱动控制以及光学传输成像的仿真,满足了光束控制系统建模仿真的普适性、灵活性、易用性设计目标。最后,大气传输校正联合仿真实例证明:利用精跟踪、自适应光学技术能有效抑制大气低频扰动幅值,校正高频扰动的影响。     

Adaptive optics for airborne platforms—Part 1: modeling

Adaptive optics systems mitigate the atmospheric turbulence-induced distortion of a propagating light wavefront. The use of adaptive optics entails the design of a feedback controller, which requires the development of a model of the plant to be controlled. In adaptive optics, the plant consists of the atmosphere through which light is traveling. Moreover, a distinct feature of the adaptive optics control application is the presence of random signals in the plant. In optics, Zernike orthonormal polynomials are commonly used as a basis set for the expansion of wavefront phase distortions. Due to the atmospheric turbulence-induced random nature of the underlying physical process, the spatial-temporal correlation functions of the Zernike polynomial phase distortion expansion coefficients must be evaluated if a proper stochastic model of the plant is to be developed and adaptive optics is to be employed. In Part 1 of this paper, these correlation functions are developed using a layered atmospheric model and calculations for the first few low-order Zernike modes are performed. Using these correlation functions, an underlying stochastic linear dynamical system, which is adequate for control design, is synthesized. This system models the plant and, in turn, provides the basis for the employment of advanced model-based control and estimation concepts in an adaptive optics system for an airborne platform application.     

连续混沌系统的非线性自适应预测跟踪控制

基于混沌时间序列的非线性自适应预测原理,用一种sigmoid-Volterra自适应预测滤波器研究了连续混沌系统的非线性自适应预测跟踪控制.通过对Lorenz,R?ssler等典型混沌系统的控制,仿真证实了这种sigmoid-Volterra自适应预测控制器的有效性.这种方法的优点在于它既不需要知道精确的混沌系统模型,也不需要进行系统模型辨识. 关键词： 混沌 sigmoid-Volterra自适应预测滤波器 非线性自适应预测跟踪     

自适应光学系统几种随机并行优化控制算法比较

 直接对系统性能指标进行优化是自适应光学系统中一种重要的波前畸变校正方法,选择合适的随机并行优化控制算法是该技术成功实现的关键。以32单元变形镜为校正器,基于多种随机并行优化算法建立自适应光学系统仿真模型。从算法的收敛速度、校正效果、局部极值3个方面对遗传算法、单向扰动随机并行梯度下降、双向扰动随机并行梯度下降及模拟退火算法进行了比较。仿真结果表明,遗传算法收敛速度太慢,不适用于需要实时控制的自适应光学系统;双向扰动随机并行梯度下降算法收敛速度、校正效果要优于单向扰动随机并行梯度下降,且能够适应各种情况下的扰动电压;模拟退火几乎以概率1收敛到全局极值附近,且收敛速度是上述算法中最快的。     

ADAPTIVE NONLINEAR FEEDBACK CONTROL OF CHAOTIC SYSTEMS BASED ON REDUCED PARAMETER QUADRATIC PREDICTORS

An adaptive nonlinear feedback-control method is proposed to control continuous-time chaotic dynamical systems, where the adaptive nonlinear controller acts on only one-dimensional error signal between the desired state and the observed chaotic state of a system. The reduced parameter adaptive quadratic predictor used in adaptive feedback cancellation of the nonlinear terms can control the system to any desired state. Computer simulation results on the Lorenz system are shown to demonstrate the effectiveness of this feedback-control method.     

HL-2A 等离子体垂直不稳定性控制研究

采用了PID 控制、输入误差直接自适应控制和输出误差直接自适应控制三种控制方式对HL- 2A 装置的等离子体垂直不稳定性进行了研究。模拟结果显示, 在现有条件下三种控制方式都能满足控制要求, 而两种自适应控制系统具有更好的系统性能、更强的鲁棒性、对电源要求更低的特点, 尤其是输出误差直接自适应控制系统结构非常简单, 具有可实施性。     

基于自适应光学技术控制光束近场场强

在双变形镜自适应光学系统中,需要主激光出射时与信标光的振幅分布一致、相位共轭,当主激光到达目标时光波的分布与目标上发射的信标光光波分布相同,主激光的振幅和相位都得到校正。根据双变形镜自适应光学技术的概念,提出一种基于自适应光学技术控制光束近场场强的方法,从而实验验证双变形镜技术的可行性。该方法利用哈特曼传感器探测到的波前信息,对变形镜进行控制,实现了对光束近场场强的控制。仿真结果表明该系统对光束近场强度能进行较好地校正,使校正前后光束振幅的残余均方差值从0.310 0降为0.052 2,同时实验也验证了这种方法的可行性。