中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

为获取高分辨率观测资料，现代地基太阳望远镜往大口径化方向发展，而随着望远镜口径的增大，在观测过程中，高达数千瓦的太阳热功率会集中在主焦点热光阑处，如不加以有效控制，会加热镜筒内空气，产生随机湍流，降低视宁度，影响望远镜成像质量。 

热光阑按结构设计分为反射式热光阑和全吸收式热光阑，全吸收式热光阑包括反射光阑和消光筒，其热量主要集中在消光筒，因此消光筒的温度控制是全吸收式热光阑温度控制的重要一环，对大口径太阳望远镜的研制起着至关重要的作用。

本文基于南京大学2.5米大视场高分辨率望远镜（We HoST）全吸收式热光阑，开展消光筒温度控制研究。 

首先，从太阳观测和研究的重要意义，引出目前迫切需要研制更大视场、更高分辨率太阳望远镜，然后从热光阑温度控制的重要性以及全吸收式热光阑的热量分布特点，阐明热光阑消光筒温度控制研究的意义。 

其次，根据消光筒壁面温度需控制在环境温度2℃内的温控指标要求，设计消光筒温度控制系统，依据传热学原理构建We HoST热光阑消光筒的模型结构，分析系统各子单元的作用机理，针对温度控制存在的大滞后性，构建系统模型结构，采用开环实验，辨识出消光筒温度控制系统的完整数学模型。 

之后，根据已建立的数学模型，开展时滞系统温度控制方法的研究，针对现有时滞系统控制器的不足，本文创新地设计了ADRC-Smith控制器，将自抗扰控制器与Smith预估器相结合，发挥两种控制器的优越性，并与PID-Smith控制器进行仿真分析比较，验证了所设计控制器的可行性。 

最后，设计控制界面，利用软件分别实现PID-Smith控制器和ADRC-Smith控制器的功能，搭建消光筒温度控制系统，分别测试这两种控制器的控制性能，测试结果表明，ADRC-Smith控制器可以降低系统大滞后性的不利影响，优化控制效果；并通过可靠性测试验证ADRC-Smith控制器的抗扰能力，为其在后续工程项目中的应用提供技术支撑。研究表明ADRC-Smith控制器可以克服系统大滞后，提升系统性能，能够满足2.5米大视场高分辨率望远镜消光筒温度控制指标的要求。