24042

ELE3 74

دكتري

مهندسي برق - كنترل

فني و مهندسي

1403/07/16

121 ص.

حميدرضا كوفي گر

حميدرضا فلاح

اپتيك تطبيقي , آينه دگرديس پذير , محرك پيزوالكتريك , پسماند , تخمين , كنترل زمان ثابت , رؤيتگر اغتشاش

آينه‌هاي دگرديس‌پذير‌ پيزوالكتريك در سيستم‌هاي اپتيك تطبيقي با هدف جبران جبهه موج آشفتگي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. عليرغم ساختار ساده، عملكرد سريع و دقت بالا، پديده پسماند ذاتي موجود در عناصر پيزوالكتريك تشكيل دهنده اين گونه از آينه‌هاي دگرديس‌‌پذير باعث افت عملكرد آن‌ها در تغيير شكل سطح آينه مي‌گردد. اين رساله ضمن بررسي اين نوع آينه‌ها در حوزه اپتيك تطبيقي، به مدل‌سازي پسماند محرك‌هاي آينه با مدل بوك-ون و بوك-ون تعميم يافته كه به ترتيب براي مدل‌سازي پسماند‌هاي متقارن و غير متقارن مورد استفاده قرار مي‌گيرند مي‌پردازد. با توجه به محدوديت‌ها و شرايط كنترل‌كننده جبهه موج، كه به‌عنوان حلقه بالادستي براي كنترل‌كننده جابجايي مورد استفاده قرار مي‌گيرد، در اين رساله از كنترل‌كننده مد لغزشي زمان-ثابت براي مسئله رديابي مرجع و حذف اثر اغتشاش استفاده مي‌شود. با توجه به اين كه پسماند به صورت فيزيكي قابل اندازه‌گيري نيست، از رؤيتگر حالت در اين كنترل‌كننده زمان-ثابت استفاده مي‌شود كه با فرض معلوم بودن پارامترهاي پسماند مسئله كنترل‌كننده مبتني بر رؤيتگر حالت انجام مي‌شود. اثبات‌هاي نظري براي همگرايي زمان-ثابت اين كنترل‌كننده ارائه مي‌گردد. در توسعه روش مذكور، با توجه به غير متقارن بودن پسماند محرك‌هاي پيزوالكتريك، مدل بوك-ون تعميم يافته براي مدل‌سازي پسماند پيشنهاد مي‌گردد. همچنين به دليل مجهول بودن پارامترهاي پسماند از رؤيتگر اغتشاش استفاده مي‌گردد. يك كنترل‌كننده مبتني بر رؤيتگر اغتشاش براي مسئله رديابي آشفتگي جوي و جبران اغتشاش پيشنهاد مي‌گردد. علاوه بر اين، با توجه به زمان ثابت بودن رؤيتگر اغتشاش و يكسان بودن مقدار تخمين زده شده براي اغتشاش و مقدار واقعي، با استفاده از روشي نوآورانه مبتني بر تبديل فضاي پارامتر و رگرسيون تكه‌اي-خطي، پارامترهاي بوك-ون تعميم يافته براي آينه‌هاي دگرديس‌پذير پيزوالكتريك شناسايي مي‌گردد. در نهايت با استفاده از شبيه‌سازي‌هاي عددي روش‌هاي كنترلي پيشنهادي از نظر عملكرد با كنترل‌كننده‌هاي متداول مقايسه مي‌شوند.

adaptive optics , piezoelectric deformable mirror , hysteresis , Fixed-time control , stimation , disturbance observer , fixed ime observer

Nonlinear Control of Deformable Mirror with Hysteresis and Atmospheric Turbulence

مهندسي برق

Piezoelectric deformable mirrors are used in adaptive optics systems to compensate for the turbulent wavefront. Despite their simple structure, swift performance, and high accuracy, inherent hysteresis in piezoelectric elements would lead to performance degradation by altering the deformable mirror surface. This dissertation investigates these types of mirrors in adaptive optics systems and models them with conventional and generalized Bouc-Wen hysteresis models, which are used for modeling symmetrical and asymmetrical hysteresis, respectively. By considering the limitations and requirements of the wavefront controller as an outer loop for the displacement controller, this dissertation uses fixed-time sliding mode control for reference tracking and attenuation of disturbance. The hysteresis cannot be measured physically, so a state observer is used in the fixed-time controller structure. The assumption of known Bouc-Wen parameters is made for synthesizing a state observer-based fixed-time sliding mode controller. Theoretical proof is provided for convergence of errors in estimation and tracking of the proposed controller. Since asymmetric hysteresis exists in the piezoelectric elements of the mirror, the generalized Bouc-Wen hysteresis is used to model the hysteresis. Moreover, the assumption of unknown hysteresis parameters leads to a change from the state observer to the disturbance observer. A nonsingular disturbance observer-based controller is proposed for reference tracking and hysteresis compensation. However, estimated hysteresis is used for a novel parameter identification of the generalized Bouc-Wen model in piecewise linear regression and parameter transformations. The proposed methods are compared with sliding mode and conventional controllers and confirmed by numerical simulations. The parameter identification is confirmed by the original model, and the identified hysteresis mimics the estimated hysteresis, which can be concluded to be the effectiveness of the proposed method.

6