[发明专利]电磁驱动微镜的H∞控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统(MEMS)的控制技术领域，特别涉及一种电磁驱动微镜的H_∞控制方法及系统。

背景技术

MEMS微镜是微光机电系统领域中应用最为广泛的一类器件。其结构一般包括镜面、扭杆、支撑装置、驱动装置等，尺寸一般在微米级。其具有微光机电系统的微小型化、集成度高、驱动能量小、动态性能好、可批量生产等特点。广泛应用于光通信、条码识别、投影成像、医疗器械、消费电子等领域。常见的驱动方式主要包括：电热驱动、压电驱动、静电驱动、电磁驱动等。其中，电磁驱动微镜因其具有驱动电压、电流低，响应速度快，偏转角度大等优势，逐渐受到研究者的重视。

目前电磁驱动微镜的控制以PID控制为主。采用PID控制能够提高电磁驱动微镜系统的动静态性能：调节时间缩短，稳态误差降低，超调量减小。但依旧存在对系统未建模动态鲁棒性能差、控制器功耗高、输出噪声大等问题，不符合实际应用的需要。

H_∞控制是鲁棒控制中的一种，其思想是将系统性能的要求归纳为对某些部分传递函数H_∞范数的限制，使其最大幅值增益最小，或小于某个值。在保证闭环系统稳定前提下，设计反馈控制器K，使闭环系统满足性能需求。而H_∞控制混合灵敏度优化模型，能够兼顾系统动静态特性、对系统未建模动态的鲁棒性能、降低控制器功耗、抑制噪声等多项性能。

电磁驱动微镜平台是由NI PXI控制器和LabVIEW软件及其他硬件设备组成的。该平台适用于参数测量、系统控制等实验，可通过图形化编程实现离散控制算法，并写入到FPGA中实现系统独立运行。

发明内容

本发明的第一个目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种电磁驱动微镜的H_∞控制方法，能够解决电磁驱动微镜系统PID控制存在的问题，在保证微镜系统具有良好的动静态特性基础上，提高对系统未建模动态鲁棒性能、降低控制器功耗、抑制输出噪声，使电磁驱动微镜系统更符合实际应用的需求。

本发明的另一个目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种电磁驱动微镜的H_∞控制系统。

本发明的第一个目的通过下述技术方案实现：

一种电磁驱动微镜的H_∞控制方法，所述H_∞控制方法包括下列步骤：

S1、优化模型的选择；

根据目标性能需要，选择优化的H_∞标准控制模型，所述H_∞标准控制模型包括：综合设计的混合灵敏度模型、抑制干扰的灵敏度最小化模型、系统摄动鲁棒性模型综合设计的混合灵敏度模型，对于上述模式，设G为被控对象传递函数，K为H_∞控制器传递函数，W₁、W₂、W₃为权重函数，设系统开环传递函数为L，其中L＝KG；设S＝1/(I+GK)^-1,R＝K/(I+GK)^-1,T＝GK/(I+GK)^-1，其中S为灵敏度函数，是外部干扰e到输出y的传递函数，表征系统抑制干扰的能力和对参考输入信号的跟踪能力；R为参考输入到控制量u的传递函数，表征对系统加性摄动的鲁棒性能及对控制量幅度的限制；T为补灵敏度函数，是参考输入r到标称对象输出的传递函数，表征对系统乘性摄动的鲁棒性能；

S2、加权函数的选择；

设定优化后闭环、开环传递函数的频率特性；在高低频段，归纳S、T与开环传递函数L的近似关系；根据性能要求及S、T、L之间的关系，画出L、S、T、W₁、W₃的幅频特性图；寻找满足幅频特性要求的传递函数，近似匹配W₁、W₃；根据控制器限幅、带宽、加性摄动鲁棒性的要求，选择W₂；

S3、加权函数参数的调节；

S4、H_∞控制器求解；

采用传递函数等效法，得到广义对象传递函数P(s)，如下：

转换成状态空间表达式，求解控制器K，并给出K的零极点形式；

S5、闭环系统性能分析；

画出各部分传函和权重函数的幅频特性曲线，分析性能是否满足要求、求，并进一步建立仿真分析系统调节时间、上升时间、稳态误差、超调量、干扰抑制能力、鲁棒性能，若不能满足要求，重复步骤S2-S5；