跟踪望远镜控制系统的稳定

　　1引言

　　提高望远镜的跟踪精度，位置伺服回路设计至关重要。变结构控制器可以有效提高系统的跟踪精度和稳定性能。对意大利伽利略国家望远镜跟踪轴的控制就是一研究实例。研究跟踪特性通常应以空中目标为对象，研究跟踪的目标角偏差。所做的实验均是对模拟空中目标的跟踪。

　　2位置伺服回路

　　数字化的变结构控制器用来控制望远镜的位置回路，由PDOS多任务实时操作系统支持。局域控制单元基于Motorola68040VME处理板。对每一跟踪轴(方位、俯仰)2ms启动一次控制算法。

　　因为数字式控制可实现高质量的柔性控制，所以该变结构的位置控制装置不同于以往的PI电路，它将使系统达到更好的性能。根据瞬时轴位置偏差值，在线计算控制器的参数，每2ms重复一次。这样控制器可以根据大偏差或小偏差来自动改变结构参数以实现工作方式的自动转换，从而实现对突发干扰的及时响应。变化规律是连续的，允许平滑和快速过渡.这种控制器无论是对小阶跃信号还是大阶跃信号均可达到快速响应和精确定位。其设计受到望远镜的物理结构限制，如最大加速度，最大跟踪速度等。下图为变结构Pl控制装置。

　　3稳定性问题

　　稳定性是控制系统的主要特性。如果系统是稳定的，则输入确定，输出即是确定的，不会受干扰信号的影响。若系统输入为脉冲函数，其输出趋近于零，则系统稳定，否则系　　统将不稳定。稳定性不是系统固有的，可以通过加控制装置实现。很多情况下，控制装置的参数不随时间变化，其传递函数是一定的。但若应用变结构的控制装置，在工作过程中，其传递函数就不是确定的了，而是连续可变的，以保证系统具有足够的稳定性。

         4变结构控制器的设计

　　在意大利伽利略国家望远镜的位置回路中，采用了变结构控制。以其方位轴的控制为例。输入不同幅值的阶跃函数，分析控制器的响应性能。

　　阶跃响应应具有以下特点:

　　·上升时间短

　　·极小偏角或无偏角;极小超调或无超调

　　·高精度

　　(1)可以实现对新目标的快速定位，(2)可以避免在目标周围不希望的振荡，(3)当然是重要的特性，因为它影响系统的跟踪精度。

   　(1)受到望远镜本身结构的限制，而(2)和(3)则完全依赖于位置回路控制器的合理设计，以下是一些实验数据。

     　4.1比例控制器实验

　　控制器设计的第一步是确定适当的控制规律以实现大偏差调转，如望远镜指向新目标时。此时不应有积分作用，否则系统将产生不必要的振荡，应为纯比例控制。假设系统对1。“的阶跃信号响应，那么理想的响应曲线应如图2和图3所示。过渡过程是令人满意的:方位轴以最大速度靠近目标而停止时无明显过冲(图2)。山于没有积分作用，位置偏差在f(J秒全J乏I少J摆动(图3)。