Vibration suppression of unimorph deformable mirror based on input shaping

LI Yan; GE Xinlei; ZHANG Jieting; MA Jianqiang; LOU Junqiang; MA Wenchao; YANG Haibo

doi:10.37188/OPE.20253319.3070

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Vibration suppression of unimorph deformable mirror based on input shaping

Micro/Nano Technology and Fine Mechanics | 更新时间：2025-11-03

- Vibration suppression of unimorph deformable mirror based on input shaping
- Optics and Precision Engineering Vol. 33, Issue 19, Pages: 3070-3077(2025)
- 作者机构：
  
  1.宁波大学机械工程与力学学院，浙江宁波 315211
  2.电磁空间安全全国重点实验室，天津 300308
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20253319.3070
  CLC： TH74
- CSTR：32169.14.OPE.20253319.3070
- Received：16 June 2025，
  
  Revised：2025-07-20，
  
  Published：10 October 2025
- 稿件说明：
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李艳,葛鑫磊,张捷艇等.基于输入整形的单压电变形镜振动抑制[J].光学精密工程,2025,33(19):3070-3077.

LI Yan,GE Xinlei,ZHANG Jieting,et al.Vibration suppression of unimorph deformable mirror based on input shaping[J].Optics and Precision Engineering,2025,33(19):3070-3077.
李艳,葛鑫磊,张捷艇等.基于输入整形的单压电变形镜振动抑制[J].光学精密工程,2025,33(19):3070-3077. DOI： 10.37188/OPE.20253319.3070. CSTR： 32169.14.OPE.20253319.3070.

LI Yan,GE Xinlei,ZHANG Jieting,et al.Vibration suppression of unimorph deformable mirror based on input shaping[J].Optics and Precision Engineering,2025,33(19):3070-3077. DOI： 10.37188/OPE.20253319.3070. CSTR： 32169.14.OPE.20253319.3070.

摘要

为了抑制单压电变形镜在工作中镜面产生的振动，提出了基于输入整形的单压电变形镜振动抑制方法。通过对单压电变形镜的结构进行分析，搭建单压电变形镜的动力学模型。利用软件仿真分析输入整形器对单压电变形镜阶跃响应曲线中位移超调量和调整时间的影响，再搭建实验平台进行验证。最后，通过对变形镜重构离焦面形的仿真，分析整形技术在变形镜实际控制中的抑振效果。实验结果表明，在5 kHz的控制频率下采用输入整形器后，单压电变形镜的位移超调量从32.1%下降至几乎为0，调整时间由4.30 ms缩短至0.57 ms。此外，在变形镜重构仿真过程中超调量从34%下降至1%以内，调整时间由3.95 ms缩短至0.58 ms，提高了变形镜的控制速度和精度。所设计的输入整形器可有效抑制单压电变形镜的振动。

Abstract

An input-shaping–based vibration suppression control method is proposed to mitigate mirror vibrations of a unimorph deformable mirror during operation. The mirror’s structural characteristics were analyzed to develop a dynamic model. The effects of input shapers on step-response characteristics （displacement overshoot and settling time） were then simulated. An experimental platform was constructed to validate the simulation results. Finally， the influence of the shaping technique on control performance was assessed via defocus wavefront reconstruction simulations. At a control frequency of 5 000 Hz， application of the input shaper reduced displacement overshoot from 32.1% to nearly zero and shortened settling time from 4.30 ms to 0.57 ms. In wavefront reconstruction simulations， overshoot decreased from 34% to less than 1%， while settling time improved from 3.95 ms to 0.58 ms， substantially enhancing both response speed and control accuracy. The designed input shaper is shown to effectively suppress vibrations of unimorph deformable mirrors.

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