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基于改进卡尔曼滤波算法的振镜系统动态误差补偿方法研究
1
作者
张泽林
陈光胜
《机电工程》
北大核心
2025年第10期1960-1969,共10页
围绕振镜电机系统中动态误差对控制性能的影响问题,分析了光栅编码器动态误差的来源,构建了误差数学模型,提出了基于速度动态调整观测噪声协方差的改进卡尔曼滤波算法,并将其嵌入了三环PID控制结构中,验证了改进卡尔曼滤波算法的有效性...
围绕振镜电机系统中动态误差对控制性能的影响问题,分析了光栅编码器动态误差的来源,构建了误差数学模型,提出了基于速度动态调整观测噪声协方差的改进卡尔曼滤波算法,并将其嵌入了三环PID控制结构中,验证了改进卡尔曼滤波算法的有效性。首先,从振镜电机中光栅编码器直流分量及幅值误差和轴系晃动误差两方面入手,建立了误差随转速变化规律的数学模型,揭示了动态条件下编码器信号的内在特性;然后,基于上述理论分析,设计了一种改进型卡尔曼滤波算法,实时调整了观测噪声协方差,提高了滤波效果,并动态补偿了传统滤波方法在低速环境中易出现的偏差问题,设计了三环比例-积分-微分(PID)控制器以实现振镜电机控制;最后,为验证改进卡尔曼滤波算法的有效性,搭建了振镜电机实验平台,对系统在阶跃信号和正弦波信号输入下的响应进行了详细测试,重点考察了均方误差、峰峰误差及误差极值等指标。研究结果表明:在各项性能指标上,改进卡尔曼滤波算法均显著优于直接差分估计及常规卡尔曼滤波方法,其中在10 mrad/ms的速度条件下,均方误差比传统卡尔曼滤波降低了29%,比直接差分方法降低了96.7%。改进卡尔曼滤波算法提高了振镜系统的精度和稳定性。
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关键词
光学仪器
振镜电机控制
速度动态调整观测噪声协方差
光栅编码器
动态误差分析
改进卡尔曼滤波器
比例-积分-微分
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职称材料
题名
基于改进卡尔曼滤波算法的振镜系统动态误差补偿方法研究
1
作者
张泽林
陈光胜
机构
上海理工大学机械工程学院
出处
《机电工程》
北大核心
2025年第10期1960-1969,共10页
基金
国家重点研发计划项目(2017YFB1104602)。
文摘
围绕振镜电机系统中动态误差对控制性能的影响问题,分析了光栅编码器动态误差的来源,构建了误差数学模型,提出了基于速度动态调整观测噪声协方差的改进卡尔曼滤波算法,并将其嵌入了三环PID控制结构中,验证了改进卡尔曼滤波算法的有效性。首先,从振镜电机中光栅编码器直流分量及幅值误差和轴系晃动误差两方面入手,建立了误差随转速变化规律的数学模型,揭示了动态条件下编码器信号的内在特性;然后,基于上述理论分析,设计了一种改进型卡尔曼滤波算法,实时调整了观测噪声协方差,提高了滤波效果,并动态补偿了传统滤波方法在低速环境中易出现的偏差问题,设计了三环比例-积分-微分(PID)控制器以实现振镜电机控制;最后,为验证改进卡尔曼滤波算法的有效性,搭建了振镜电机实验平台,对系统在阶跃信号和正弦波信号输入下的响应进行了详细测试,重点考察了均方误差、峰峰误差及误差极值等指标。研究结果表明:在各项性能指标上,改进卡尔曼滤波算法均显著优于直接差分估计及常规卡尔曼滤波方法,其中在10 mrad/ms的速度条件下,均方误差比传统卡尔曼滤波降低了29%,比直接差分方法降低了96.7%。改进卡尔曼滤波算法提高了振镜系统的精度和稳定性。
关键词
光学仪器
振镜电机控制
速度动态调整观测噪声协方差
光栅编码器
动态误差分析
改进卡尔曼滤波器
比例-积分-微分
Keywords
optical instrument
galvanometer motor control
dynamic adjustment of observation noise covariance
grating encoder
dynamic
error analysis
improved Kalman filter
proportional-integral-derivative(PID)
分类号
TH74 [机械工程—光学工程]
TP312 [自动化与计算机技术—计算机软件与理论]
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题名
作者
出处
发文年
被引量
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1
基于改进卡尔曼滤波算法的振镜系统动态误差补偿方法研究
张泽林
陈光胜
《机电工程》
北大核心
2025
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