望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明及其性能的提升使得人們能夠逐步觀察到更遠(yuǎn)、更暗的物體。但是風(fēng)力矩、平臺(tái)晃動(dòng)、結(jié)構(gòu)振動(dòng)等外部干擾力矩會(huì)引起望遠(yuǎn)鏡的光軸振動(dòng)，從而影響成像質(zhì)量和其觀察微弱目標(biāo)的能力。因此，為了達(dá)到望遠(yuǎn)鏡的衍射極限，必須抑制光軸振動(dòng)對(duì)望遠(yuǎn)鏡的成像影響。
在傳統(tǒng)的閉環(huán)反饋控制方法中，由于圖像傳感器本身具有采樣頻率低、曝光時(shí)間長(zhǎng)的因素，給控制回路帶來了時(shí)間延遲，限制了閉環(huán)控制的帶寬，難于抑制寬頻以及大幅度的振動(dòng)。由此，學(xué)者們相繼提出了許多新穎的振動(dòng)抑制方法，如線性二次高斯(linear quadratic Gaussian, LQG)控制和擾動(dòng)前饋(disturbance feed forward, DFF)控制。已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些方法確實(shí)提高了系統(tǒng)的閉環(huán)性能，但它們計(jì)算耗時(shí)長(zhǎng)，更重要的是需要依賴于控制系統(tǒng)模型以及擾動(dòng)模型的辨識(shí)精度。
為了降低對(duì)精確模型的依賴以及提高算法的實(shí)時(shí)性，相關(guān)學(xué)者們提出了擾動(dòng)觀測(cè)器控制方法。以光電所為依托單位的中國(guó)科學(xué)院光束控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員重點(diǎn)開展了基于誤差的擾動(dòng)觀測(cè)器的研究，在不增加控制帶寬的前提下僅僅利用圖像傳感器，通過引入不改變閉環(huán)極點(diǎn)的低通類型濾波器，減輕控制模型的依賴，增強(qiáng)閉環(huán)性能的魯棒性，從而提高對(duì)中、高頻擾動(dòng)的抑制能力，減小了振動(dòng)對(duì)光軸的影響。
研究團(tuán)隊(duì)綜述了當(dāng)前望遠(yuǎn)鏡中關(guān)于振動(dòng)抑制的控制技術(shù)：比例積分(proportional integral, PI)控制、線性二次高斯(LQG)控制、擾動(dòng)前饋(DFF)控制和基于傾斜鏡的擾動(dòng)觀測(cè)器(disturbance observer, DOB)控制的研究現(xiàn)狀，對(duì)它們進(jìn)行了系統(tǒng)、全面的比較，并通過控制系統(tǒng)的靈敏度函數(shù)分析了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)。現(xiàn)有的控制方法依賴于精確的系統(tǒng)模型以及準(zhǔn)確的擾動(dòng)信號(hào)。研究團(tuán)隊(duì)提出的基于誤差的擾動(dòng)觀測(cè)器（error-based disturbance observer）方法可以通過設(shè)計(jì)合理的Q濾波器來降低對(duì)精確的系統(tǒng)模型的依賴，并且不增加額外的傳感器。該綜述重點(diǎn)介紹了此種控制器的原理、設(shè)計(jì)方法，并在此基礎(chǔ)上針對(duì)復(fù)雜的擾動(dòng)設(shè)計(jì)了不同類型濾波器。綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以知道，基于誤差的觀測(cè)器控制方法不僅可以極大程度地衰減干擾頻率處的擾動(dòng)，而且在非干擾頻率處也不會(huì)有較大的放大作用（waterbed effect）。
論文鏈接：http://www.oejournal.org/J/OEA/Article/Details/A191018000018
圖1 基于誤差的DOBC傾斜鏡結(jié)構(gòu)
圖2 誤差抑制頻率響應(yīng)