大口径拼接光栅闭环控制算法设计.docVIP

 大口径拼接光栅闭环控制算法设计# 5 10 15 20 25 30 35 40  摘要：拼接法获取大口径光栅要求拼接系统具有亚微米量级控制精度和长时间动态稳定性。针对这种特殊 的控制要求，在分析了拼接光栅四维误差调整的数学模型的基础上，采用“锁存补偿法”避免饱和遗失与“四 点中心差分法”抗干扰对增量式 PID 算法进行改进，设计了适用于拼接光栅的改进 PID 闭环控制算法。将该 算法应用于拼接光栅自动闭环控制实验，验证了该算法的可行性，实验光斑图象表明：改进的 PID 控制算 法应用于拼接光栅时能够使拼接系统获得高控制精度和长时间动态稳定，而且稳定时间长达 1 小时。 关键词：光栅；PID 控制；锁存补偿法；四点中心差分法 中图分类号：TP301.6 Design of Closed-loop Control Algorithm on Large Diameter Tiled-grating ZHOU Yi1,2, TAN Bo1, LIAO Yunfei1, ZUO Dong1, LIU Youhai1 (1. College of Mechanical Engineering, Chongqing University, Chongqing 400030; 2. State Key Laboratory of Mechanical Transmission, Chongqing University, Chongqing 400030) Abstract: To meet the sub-micrometer sized control accuracy and long-time stability for the tiled-grating control system, a PID algorithm based on the analysis of the four-dimensional degree of freedom mathematical model for the tiled-grating was developed. Two improvements were in Incremental PID Algorithm, the Latches Compensation Method is used to avoid saturated-loss, and the Four-Point Center Difference Method is applied to avoid interference. The splicing spot photos of the tiled-grating’s closed-loop control experiments demonstrate that the tiled-grating which employed the improved PID algorithm can acquire a long-time stability as well as the stability can keep one hour. Key words: grating;PID control;Latches Compensation Method;Four-Point Center Difference Method 0 引言 近年来，随着啁啾脉冲放大技术(Chip Pulse Amplification-CPA) [1]的广泛应用，获得更 高能量、更高强度的超短脉冲激光成为必需。脉冲压缩系统中的关键元件——压缩光栅(Pulse Compression Grating，PCG)其尺寸要求在米量级，但是，这样大口径的光栅很难制造，而通 过拼接的方法来获得大口径光栅是解决上述问题的有效途径[2-3]之一，而且已经获得了初步 的成果。 针对光栅拼接的纳米量级的控制精度 和高稳定性的控制要求[4]，需要采用闭环控制来 实现其动态稳定性。PID 算法作为自动控制领域中经典的控制理论由于其结构简单、鲁棒性 好，被广泛用于生产过程中的自动控制。然而，生产实践中，控制对象往往具有复杂性和不 确定性[5]，传统的 PID 算法结构简单，应用于生产实践中有一定的局限性，易产生饱和遗 失，抗干扰性能差等[6]。在实际应用时，大多都对 PID 进行了改进，例如积分分离，不完全 微分等改进。 笔者结合实际项目，分析了拼接光栅四维误差调整的数学模型，采用“锁存补偿法”与“四 点中心差分法”对增量式 PID 算法进行改进，开发了适用于拼接光栅的 PID 控制算法，并且 -1- 通过实验验证其可行性。 1 拼接光栅四维误差调整的数学模型  45 50 55  以两块光栅拼接为