引用本文:
牟冉,张燕革,陈晶,等. 无线激光通信线性自抗扰控制研究与实验[J]. 光通信技术,2020,44(1):39-43.
牟 冉,张燕革,陈 晶*,王 整
(武汉大学 电子信息学院,武汉 430072)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对无线激光通信系统的粗跟踪控制技术难点,设计了串级粗跟踪控制结构,引入了线性自抗扰控制器,采用线性扩张状态观测器观测系统的总扰动,并进行了模拟动态跟踪实验,对比在0.5 Hz、1 Hz和2 Hz扰动下,线性自抗扰控制器和比例积分微分控制器的控制误差。实验结果表明线性自抗扰控制器具有更高的控制精度和更好的稳定性。
关键词:无线激光通信;粗跟踪;线性自抗扰;线性扩张状态观测器
中图分类号:TN929.12 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)01-0039-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.01.010
0 引言
无线激光通信是指以激光束为载体,在大气或真空中传输数据、视频和音频等信息的通信方式[1]。激光的直线传输特性要求激光束能够准确地在通信终端之间传输,因此激光束的瞄准、捕获和跟踪技术十分重要,且是无线激光通信的难点之一[2-4]。经典比例积分微分(PID)控制技术对于线性非时变的低阶控制系统有着非常强的跟踪和抗干扰能力,但是当系统的参数是时变的或者系统用于跟踪某个轨迹而非固定点时,其性能会大大降低[5]。韩京清教授在PID控制技术的基础上提出了"自抗扰控制技术",是一种不依赖于被控对象精确模型的、能够代替PID控制技术的新型实用数字控制技术,其主要思想是把系统自身未建模误差和来自外部的扰动引起的误差都看作系统的总扰动,使用扩张状态观测器观测系统的状态和综合扰动项得到广义上的误差来进行估计补偿,但是这种自抗扰技术的难点在于对控制器参数的调试,有太多的参数需要确定[6,7]。在此基础上,高志强教授将自抗扰控制器中的非线性组合改成了比例微分(PD)控制器即线性组合,保留了自抗扰控制器的核心扩张状态观测器,降低了非线性自抗扰控制器中的参数调试的难度[8]。以上2种自抗扰技术都是针对广义的控制系统进行设计的,没有针对无线激光通信系统中的控制技术进行具体设计。本文针对无线激光通信平台的运动特性,设计了粗跟踪三闭环控制结构,引入线性自抗扰控制策略,分析线性自抗扰控制器的性能。
4 结束语
本文针对无线激光通信系统中的粗跟踪结构进行了设计分析,研究了线性自抗扰控制技术,将非线性扩张状态观测器改为线性扩张状态观测器,进行了不同扰动频率下的控制实验对比。对比经典PID控制技术可以看出,在低频、小幅度扰动下线性自抗扰控制器具有更高的控制精度和稳定性,能够更好地抑制系统扰动;而对于高频和大幅度的扰动需要进一步验证。实验结果对运动平台无线激光通信系统的研究具有一定的参考价值。