基于联合贝叶斯优化的FTIR动镜自抗扰控制参数协同优化方法及装置

本技术涉及精密运动控制领域，特别是涉及一种基于联合贝叶斯优化的ftir动镜自抗扰控制参数协同优化方法及装置。

背景技术：

1、傅里叶变换红外光谱仪（ftir）凭借宽光谱范围、高信噪比、测量速度快等优势，在环境监测、材料成分分析、生物医药检测等诸多领域得到广泛应用。其核心工作原理依赖迈克尔逊干涉仪中动镜的往复匀速扫描，通过连续改变光程差采集干涉信号，最终经傅里叶变换复原得到目标光谱。动镜运动的速度均匀性与轨迹跟踪精度，直接决定了干涉图等光程差采样的间隔准确度，是影响最终光谱分辨率、信噪比与波长校准精度的核心因素。在实际工程场景中，音圈电机驱动的动镜系统普遍面临机械阻尼波动、负载扰动、传感器测量噪声以及环境温度漂移等多重不确定性，对控制系统的响应速度、稳态精度与抗扰鲁棒性均提出了严苛要求。

2、早期ftir动镜控制系统多采用经典pid控制方案，凭借结构简单、参数物理意义清晰、工程易实现的特点完成了规模化落地，后续也衍生出模糊pid、规则自学习pid等改进形式，在工况相对稳定的场景下可满足基础控制需求。但pid控制本质上属于误差驱动的反馈控制，缺乏对系统内部未建模动态与外部负载扰动的主动观测与前馈补偿机制，在强扰动、快响应的复杂工况下，难以同时兼顾超调抑制、调节速度与稳态精度，逐渐成为制约ftir光谱性能进一步提升的瓶颈。自抗扰控制（adrc）通过扩张状态观测器（eso）将系统内外扰动统一归结为“总扰动”进行实时估计与补偿，具备更强的抗扰能力与鲁棒性，已逐步应用于高精度音圈电机运动控制领域，为ftir动镜控制提供了更优的技术路径。

3、然而adrc控制器参数维度高、耦合性强，包含控制器带宽、非线性区间宽度、观测器带宽等多个可调参数，传统手动整定高度依赖工程经验，调试周期长且难以达到全局最优性能。

4、在ftir动镜控制的具体应用场景中，现有adrc参数优化方法还存在两处明显的技术短板。其一，工况覆盖度不足，多数研究仅围绕“无扰动”与“有扰动”两类简单工况开展参数优化，未充分考量实际运行中扰动幅度变化、测量噪声耦合、参考指令速度切换等复杂条件，导致单一工况下优化得到的参数在多工况环境中易出现性能退化，泛化能力不足。其二，参数优化范围不完整，现有方案普遍仅针对adrc主控制器的参数进行寻优，而扩张状态观测器的核心参数始终沿用经验预设值，忽略了控制器与观测器之间的强耦合关系——eso的扰动估计精度直接影响控制量的补偿效果，控制器带宽的变化也会改变观测器的最优配置，分离整定的模式无法释放控制器与观测器协同工作的性能潜力，尤其在同时包含噪声与快速参考输入的复杂工况下，eso经验参数往往成为系统性能的瓶颈。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种基于联合贝叶斯优化的ftir动镜自抗扰控制参数协同优化方法及装置，通过预设标准工况与复杂工况双工况仿真构建综合目标优化函数，来充分覆盖扰动幅度变化、指令速度切换等真实复杂条件，避免单一工况优化导致的性能退化，从而获取更好的优化参数。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种基于联合贝叶斯优化的ftir动镜自抗扰控制参数协同优化方法，所述方法包括：

3、以ftir动镜控制系统为对象建立adrc控制状态方程，并构建包括多个待整定参数的adrc控制器；

4、预设不包括噪声扰动的标准工况参考输入以及包括噪声扰动的复杂工况参考输入，adrc控制器基于adrc控制状态方程分别对标准工况参考输入以及复杂工况参考输入进行仿真，分别获取仿真结果在标准工况下的标准性能指标，以及在复杂工况下的复杂性能指标；

5、以标准性能指标与复杂性能指标的加权和作为综合目标优化函数，以综合目标优化函数作为优化目标对每一待整定参数迭代进行联合贝叶斯优化，直至满足预设优化目标得到每一待整定参数的最优值组成最优参数集合，并以最优参数集合对adrc控制器进行配置，其中，复杂性能指标的权重大于标准性能指标的权重。

6、第二方面，本技术实施例提供了一种基于联合贝叶斯优化的ftir动镜自抗扰控制参数协同优化装置，包括：

7、构建模块，以ftir动镜控制系统为对象建立adrc控制状态方程，并构建包括多个待整定参数的adrc控制器；

8、仿真模块，预设不包括噪声扰动的标准工况参考输入以及包括噪声扰动的复杂工况参考输入，adrc控制器基于adrc控制状态方程分别对标准工况参考输入以及复杂工况参考输入进行仿真，分别获取仿真结果在标准工况下的标准性能指标，以及在复杂工况下的复杂性能指标；

9、迭代优化模块，以标准性能指标与复杂性能指标的加权和作为综合目标优化函数，以综合目标优化函数作为优化目标对每一待整定参数迭代进行联合贝叶斯优化，直至满足预设优化目标得到每一待整定参数的最优值组成最优参数集合，并以最优参数集合对adrc控制器进行配置，其中，复杂性能指标的权重大于标准性能指标的权重。

10、第三方面，本技术实施例提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行一种基于联合贝叶斯优化的ftir动镜自抗扰控制参数协同优化方法。

11、第四方面，本技术实施例提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现一种基于联合贝叶斯优化的ftir动镜自抗扰控制参数协同优化方法。

12、本发明的主要贡献和创新点如下：

13、本技术实施例构建含sigmoid参考轨迹整形模块、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈控制律的多参数adrc控制器，sigmoid参考轨迹整形模块通过对目标参考信号进行平滑整形，抑制了参考信号突变引起的冲击与超调；扩张状态观测器将系统内部不确定性与外部扰动统一归结为总扰动实时观测并补偿，显著提升抗扰能力与鲁棒性；非线性反馈在抑制超调的同时兼顾响应速度与稳态精度；本技术实施例分别设置不含噪声扰动的标准工况参考输入，以及同时含扰动、测量噪声与快速参考输入的复杂工况参考输入，adrc控制器在两类工况下分别仿真并采集性能指标，充分覆盖扰动幅度变化、测量噪声耦合、指令速度切换等真实复杂条件，避免单一工况优化导致的性能退化，显著增强参数在多工况环境下的泛化能力；本技术实施例以标准性能指标与复杂性能指标的加权和作为综合目标，并令复杂性能指标的权重高于标准性能指标，调节时间在两类工况中均赋予较高权重，在统筹响应速度与稳态精度的同时，向复杂工况的抗扰鲁棒性能倾斜，使优化结果在保证快速响应的前提下更侧重工程实用中关键的抗扰性能；本技术实施例先对过渡时间常数、过渡时间增益、控制器带宽、控制非线性区间宽度等主控参数联合优化，再固定主控最优值，用邻域搜索算法对观测器带宽、观测非线性区间宽度等观测参数寻优，最后以各参数最优值为中心在邻域内构建搜索空间，对所有参数再进行一次联合优化，突破传统仅优化主控参数，而eso核心参数沿用经验预设值的局限。该分阶段策略在不破坏主控制器已有性能的前提下增强复杂工况下的扰动观测与补偿能力，并为最终联合优化提供高质量的观测参数初始值，从而释放控制器与观测器协同工作的性能潜力，避免eso经验参数成为复杂工况下的性能瓶颈；邻域搜索还缩小了搜索空间，进一步提升优化效率。

14、本技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本技术的其他特征、目的和优点更加简明易懂。