极端环境下光学红外望远镜伺服系统模型预测

• 作者: 徐进 杨世海 叶宇 顾伯忠
• 来源期刊: 红外与激光工程
• 学科: 地球科学
• 关键词: 光学红外望远镜 模型预测 稀疏辨识 极端环境 数据驱动
• 年，卷（期）: 2021,（12）
• 所属期刊栏目: 光学设计|Optical design
• 页码范围: 329-336
• 页数: 8页
• 分类号: P111.2
• 语种: 中文
• DOI: 10.3788/IRLA20210209

摘要

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0.9857与0.9952,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.