激光通信系统精跟踪pid控制算法研究及实现 (2)

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1、更多相关参考论文设计文档资源请访问http://www.docin.com/lzj781219密级:硕士学位论文激光通信系统精跟踪PID控制算法研究及实现作者姓名：指导教师:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所学位类别:工程硕士学科专业:机械工程培养单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所2014年4月更多相关参考论文设计文档资源请访问http://www.docin.com/lzj781219激光通信系统精跟踪PID控制算法研究及实现摘要随着通信基础设施的不断完善，通信终端间的信息传输内容越来越丰富，数据量越来越

2、大，由于通信带宽的限制，当前通信所采用的微波技术已经不能满足人们对信息传输速率的要求。部分地区由于地貌、地势等原因不宜铺设光缆，需要一种可靠的无线通信技术来解决困难，基于这些情况，激光通信技术应运而生。相比于传统的通信技术，自由空间激光通信具有通信容量大、保密性高、机动性好、抗电磁干扰能力强、建造和维护经费低等优势。激光通信技术以其具有的种种优点被认为是未来实现高速大容量通信的最佳方案。激光链路的快速建立及稳定保持是实现高速率、高可靠性激光通信的保障和前提，这需要由捕获、跟踪、瞄准（Acquisition,Trackin

3、gandPointing，ATP）系统来实现。在星地、星间、舰船、岸舰等激光通信过程中，ATP过程受作用距离、大气湍流扰动及其他外界环境因素的影响，很难实现快速、高精度的跟踪捕获及激光通信的链路建立。为保证通信链路的持续可靠维持并达到更高的跟踪精度，空间激光通信系统多采用一级粗跟踪加二级精跟踪的复合轴结构。精跟踪系统结构有谐振频率高、响应速度快、动态滞后误差小等优点，弥补了主轴系统的不足，而其工作范围小的缺点由主轴系统予以补偿，两者结合可实现大范围快速高精度跟踪。二级控制系统通常使用快速反射镜（FastSteeringM

4、irror，FSM）以获得更高的控制带宽。PID控制是FSM控制最普遍应用的控制方式，其结构简单、参数易于调节能够获得良好的控制效果。但随着系统控制品质要求的不断提高,常规PID控制需要精确数学模型、不适应非线性控制过程等缺点也逐渐显现出来,实际控制过程中，系统具有结构和参数的不确定性，纯滞后或非线性耦合、时变的特点，无法获得精确数学模型，加之各种外部扰动的存在，常规PID控制不能获得理想的控制效果。II更多相关参考论文设计文档资源请访问http://www.docin.com/lzj781219本文针对激光通信系统对A

5、TP的高精度需求，提出自适应PID和模糊PID两种FSM控制算法，能够克服传统PID控制的响应时间长、超调量大、带宽低等缺点，实现高实时快速响应的高精度精跟踪子系统。本文分别对两种控制算法搭建仿真模型进行分析，并将其转换成CCS程序通过以DSP2812为核心的控制系统进行桌面跟踪实验，并将搭建的系统模型转化为适用于FPGA中的VHDL文件，从硬件层面对所设计的两种控制算法进行验证。实验结果表明，当使用自适应PID控制器时，当外界有较大扰动时系统的抗干扰性能有较大改善；使用模糊PID控制器时，当被控对象发生变化时依然具有较

6、好的鲁棒性。应用两种控制算法均能实现2微弧度的跟踪精度，控制带宽大于150Hz。快速反射镜作为被控对象研究设计控制算法来抑制ATP过程中各种扰动造成的影响，保证链路的快速建立和稳定性，是发展自由空间激光通信技术不可缺少的，高精度快速控制算法的研究及实现为激光通信中进行高精度跟踪提供了理论支持和实际系统应用的经验，可以为激光通信精跟踪技术的发展提供参考，具有重要的研究意义。关键词：激光通信；ATP；快速反射镜；PID；自适应；模糊；DSPBuilderII更多相关参考论文设计文档资源请访问http://www.docin.

7、com/lzj781219ResearchandimplementationofPIDcontrolalgorithmforlasercommunicationfinetrackingsystemCaoHong-rui（MachineEngineering）DirectedbyPro.ZhangShu-meiAbstractWiththecontinuousimprovementofcommunicationinfrastructure,theinformationtransmissionbetweencommunica

8、tionterminalsisbecomingmoreandmoreabundant,andthedataisbecominglarger.Duetothelimitationofcommunicationbandwidth,microwavetechnologyisunabletomeettherequiremen