在极端环境下光学红外望远镜伺服系统建模的实际工作过程中,实测的望远镜状态数据经常包含有各种噪声。为了减小噪声对模型辨识精度的影响,提出了一种基于带有控制的非线性动力学稀疏辨识(Spark Identification of Nonlinear Dynamics w...在极端环境下光学红外望远镜伺服系统建模的实际工作过程中,实测的望远镜状态数据经常包含有各种噪声。为了减小噪声对模型辨识精度的影响,提出了一种基于带有控制的非线性动力学稀疏辨识(Spark Identification of Nonlinear Dynamics with Control, SINDYc)算法的稀疏辨识方法。针对望远镜伺服系统,对SINDYc算法进行了理论分析和数值模拟,对比了在不同的噪声水平下,望远镜伺服系统预测模型的状态变量曲线,并拟合了不同噪声水平下辨识模型的决定系数曲线。基于南极望远镜实验平台,设计了正弦和方波信号作为激励信号进行模型辨识实验,对SINDYc算法的建模准确性进行了实验验证。数值模拟模型的预测输出结果显示:SINDYc算法在20%噪声水平以下时,模型辨识精度在0.99以上;在10%噪声水平以下时,状态变化跟随最大偏差值在信号幅值的5%以内。辨识实验数据表明,在两种不同信号激励下望远镜伺服系统模型预测的辨识精度分别为0.985 7与0.995 2,证实了基于SINDYc算法的稀疏辨识方法的有效性和准确性。该方法辨识出的系统模型可以为未来的南极大口径光学红外望远镜控制系统的分析及控制器设计提供很好的分析模型。展开更多
大口径、长焦距的水平光学检测系统极易受到气流扰动的影响,气流扰动会引起光路中温度、速度、压强等多个物理量在时间和空间上随机动态变化。尤其是温度在空间上呈现梯度分布,以及在时间上存在缓慢漂移,均将会直接导致空气折射率的动...大口径、长焦距的水平光学检测系统极易受到气流扰动的影响,气流扰动会引起光路中温度、速度、压强等多个物理量在时间和空间上随机动态变化。尤其是温度在空间上呈现梯度分布,以及在时间上存在缓慢漂移,均将会直接导致空气折射率的动态变化,从而导致点扩散函数退化、引起波前倾斜、出现波前时变。为了抑制气流扰动对检测光路的影响以及提高检测精度,基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,提出了风扇强制对流的室内温度场控制方法,确定风扇放置方式与风扇数量。采用温度最大峰值(Peak to Valley,PV)并引入了最大光程差概念,综合评价光路温度场的均匀性。经过多次实验验证,采用强制对流方案,将0°像散标准差从0.0263λ(λ=632.8nm),显著提高了光路温度场的均匀性与稳定性,大幅降低了光学检测误差,提高了检测精度。为今后保障狭长通道内长光路、大口径光学检测系统的测量精度提供了借鉴。展开更多
文摘在极端环境下光学红外望远镜伺服系统建模的实际工作过程中,实测的望远镜状态数据经常包含有各种噪声。为了减小噪声对模型辨识精度的影响,提出了一种基于带有控制的非线性动力学稀疏辨识(Spark Identification of Nonlinear Dynamics with Control, SINDYc)算法的稀疏辨识方法。针对望远镜伺服系统,对SINDYc算法进行了理论分析和数值模拟,对比了在不同的噪声水平下,望远镜伺服系统预测模型的状态变量曲线,并拟合了不同噪声水平下辨识模型的决定系数曲线。基于南极望远镜实验平台,设计了正弦和方波信号作为激励信号进行模型辨识实验,对SINDYc算法的建模准确性进行了实验验证。数值模拟模型的预测输出结果显示:SINDYc算法在20%噪声水平以下时,模型辨识精度在0.99以上;在10%噪声水平以下时,状态变化跟随最大偏差值在信号幅值的5%以内。辨识实验数据表明,在两种不同信号激励下望远镜伺服系统模型预测的辨识精度分别为0.985 7与0.995 2,证实了基于SINDYc算法的稀疏辨识方法的有效性和准确性。该方法辨识出的系统模型可以为未来的南极大口径光学红外望远镜控制系统的分析及控制器设计提供很好的分析模型。
文摘大口径、长焦距的水平光学检测系统极易受到气流扰动的影响,气流扰动会引起光路中温度、速度、压强等多个物理量在时间和空间上随机动态变化。尤其是温度在空间上呈现梯度分布,以及在时间上存在缓慢漂移,均将会直接导致空气折射率的动态变化,从而导致点扩散函数退化、引起波前倾斜、出现波前时变。为了抑制气流扰动对检测光路的影响以及提高检测精度,基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,提出了风扇强制对流的室内温度场控制方法,确定风扇放置方式与风扇数量。采用温度最大峰值(Peak to Valley,PV)并引入了最大光程差概念,综合评价光路温度场的均匀性。经过多次实验验证,采用强制对流方案,将0°像散标准差从0.0263λ(λ=632.8nm),显著提高了光路温度场的均匀性与稳定性,大幅降低了光学检测误差,提高了检测精度。为今后保障狭长通道内长光路、大口径光学检测系统的测量精度提供了借鉴。
