PI迟滞模型在压电变形镜闭环校正中的应用

"这篇研究文章探讨了具有迟滞补偿的单压电变形镜在闭环校正性能方面的提升。作者提出了一种基于Prandtl-Ishlinskii (PI) 迟滞模型的闭环控制算法，该算法旨在解决压电变形镜在自适应光学系统中的非线性迟滞问题。通过建立基于哈特曼波前传感器的自适应光学测试平台，他们进行了静态像差和动态像差的闭环校正实验。实验结果显示，应用迟滞消除算法能显著提高校正速度，对于平均波前像差均方根为168纳米的动态像差，校正后残差从33纳米降低到25纳米，验证了该算法在压电变形镜自适应光学系统中的有效性和实用性。" 在自适应光学领域，压电变形镜（通常称为单压电变形单元）是关键组件之一，用于校正大气湍流引起的光学像差。然而，这些器件存在迟滞现象，即输入与输出之间的关系依赖于之前的输入历史，导致其性能下降。Prandtl-Ishlinskii (PI) 迟滞模型是一种广泛应用的数学模型，可以有效地描述这种非线性行为。本研究采用该模型，开发了一种闭环控制策略，旨在减少由迟滞效应引起的校正效率降低。 实验部分，研究者构建了一个自适应光学测试平台，利用哈特曼波前传感器监测和评估像差。哈特曼波前传感器是一种常见的光学测量工具，能精确地测量波前的畸变，为闭环控制系统提供反馈信息。实验包括静态像差和动态像差的校正，其中静态像差主要关注静态环境下的光学畸变，而动态像差则考虑随时间变化的像差，如在大气湍流中的情况。 在静态像差的闭环校正实验中，迟滞消除算法展现出了更快的响应速度，这表明算法能够迅速调整压电变形镜，以适应变化的像差需求。在动态像差的实验中，引入了平均波前像差均方根为168纳米的模拟湍流，通过使用迟滞补偿算法，校正后的残差减少了8纳米，降至25纳米。这一结果明确证明了所提出的算法能显著改善压电变形镜的动态校正性能，有助于提高整个自适应光学系统的整体性能。 这项工作为理解和克服压电变形镜的迟滞效应提供了一种有效的解决方案，对于优化自适应光学系统，特别是在高精度光学成像、天文观测和激光传输等应用中具有重要意义。通过采用PI迟滞模型并结合闭环控制，研究者展示了如何通过算法改进提高光学系统的动态响应和校正精度。这为进一步研究和改进自适应光学系统奠定了基础。