大射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)輸出滯后補(bǔ)償方法*

章丹丹，保 宏，尉勝騰，許 謙

(1. 西安電子科技大學(xué)電子裝備結(jié)構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710071；2. 中國科學(xué)院新疆天文臺(tái), 新疆 烏魯木齊 830011)

引 言

大口徑、高頻段是射電望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展趨勢(shì)。然而大口徑導(dǎo)致射電望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)固有頻率降低和柔性增加，高頻段要求射電望遠(yuǎn)鏡具有更高的指向精度，這勢(shì)必為大口徑高頻段射電望遠(yuǎn)鏡伺服指向控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)帶來巨大的挑戰(zhàn)。因此，高精度伺服指向控制成為當(dāng)前射電望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵技術(shù)。

為了滿足大口徑射電望遠(yuǎn)鏡伺服指向控制系統(tǒng)高精度的要求，先后有眾多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究，并且提出了一系列方法。在口徑較小的天線中，傳統(tǒng)的比例積分(PI)控制算法就可以取得很好的控制效果[1]。而PI控制器在調(diào)節(jié)的過程中會(huì)出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象，只單純的調(diào)節(jié)PI增益會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的高頻不確定性，進(jìn)而使大口徑射電望遠(yuǎn)鏡的諧振情況無法估計(jì)，從而難以保證其高精度指向要求[2]。為了提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，減小結(jié)構(gòu)諧振對(duì)伺服控制性能的影響，有學(xué)者將凹口濾波器和PI控制器結(jié)合用于伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。但是由于大射電望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)柔性增大導(dǎo)致固有頻率密集存在著不確定性且在不同仰角下基頻會(huì)發(fā)生變化，在實(shí)際工程中凹口濾波器并不能精確抑制大射電望遠(yuǎn)鏡的諧振現(xiàn)象[3]。文獻(xiàn)[4]提出了線性二次型高斯(LQG)控制方法，構(gòu)造高頻諧振估計(jì)器，有效抑制大射電望遠(yuǎn)鏡的高頻諧振。然而LQG控制器是基于數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)的，大口徑天線的模型不易推導(dǎo)，故文獻(xiàn)[5]提出了基于輸入輸出的子空間建模方法，但是該方法未反映出系統(tǒng)的物理意義。……