고속 스티어링 미러(Fast Steering Mirror, FSM)는 고정밀 광학 시스템의 핵심 장비입니다. 보이스 코일 액추에이터(Voice Coil Actuator, VCA)를 기반으로 구동되는 유연 지지 FSM은 복잡한 결합 특성을 가지며, 이는 시스템 모델을 복잡하게 만들고 시스템 제어 성능에 심각한 영향을 미칩니다. 본 논문에서는 시스템 식별과 모델 차수 축소를 기반으로 한 이축 적분 증폭 슬라이딩 모드 제어 방법을 제안합니다. 먼저 펄스 응답 기반의 행켈 행렬 시스템 식별법을 사용하여 VCA-FSM의 정밀 결합 모델을 수립하였고, 이후 균형 실현 및 균형 절단을 기반으로 모델 정확도를 보장하면서 고차 모델의 차수를 축소하였습니다. 다음으로 차수 축소 모델을 기반으로 현대 제어 이론 방법을 적용하여 적분 증폭 슬라이딩 모드 제어기를 설계하였으며, 상태 관측기를 설계하여 슬라이딩 모드 스위칭 함수와 제어 법칙을 구성하고, 제어 설계에서 부호 함수를 개선하여 슬라이딩 모드 진동을 제거하였습니다. 마지막으로 VCA-FSM 서보 제어 시스템 실험 플랫폼에서 주파수 및 시간 영역 성능 테스트 실험을 수행하였습니다. 실험 결과 본 논문에서 제안한 제어 방법은 단축 슬라이딩 모드 및 PID 제어 방법에 비해 시스템 폐루프 추적 대역폭을 각각 약 50.3%, 251.3% 향상시키고, 외란 억제 대역폭을 각각 약 39.9%, 451.9% 향상시켰으며, 스텝 응답 조절 시간을 각각 약 29.7%, 97.7% 단축하였고, 나선형 추적 정확도를 각각 약 48.5%, 97.8% 향상시켰으며, 강한 결합 특성을 가진 VCA-FSM에 대한 디커플링 제어를 실현하였습니다. 본 논문에서 제안한 제어 방법은 VCA-FSM의 제어 성능을 충분히 향상시켰습니다.

빠른 반사경; 보이스 코일 액추에이터; 시스템 식별; 모델 차수 축소; 슬라이딩 모드 제어