專利名稱：一種強魯棒性的運動載體光電穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于光電跟蹤領域，具體的涉及一種強魯棒性的運動載體上光電跟蹤穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)，用于實現(xiàn)提高系統(tǒng)對建模誤差和載體擾動的魯棒性能。
背景技術(shù)：
針對運動載體上的ATP系統(tǒng)，載體的運動、抖動以及外界環(huán)境對載體的干擾等都可以通過軸承摩擦耦合到跟蹤平臺上造成跟蹤瞄準線(LOS)的晃動，引起圖像模糊而影響提取目標脫靶量精度，導致跟蹤性能下降，因此必須建立穩(wěn)定分系統(tǒng)，將跟蹤傳感器的視軸與基座的運動和震動等相隔離，使穩(wěn)定分系統(tǒng)的負載穩(wěn)定在固定的慣性空間方向。運動載體上光電穩(wěn)定平臺控制的另一個難點是隨著載體的姿態(tài)變化，被控對象特性會發(fā)生變化， 故要求控制系統(tǒng)對模型不確定性有很強的魯棒性。如何提高慣性穩(wěn)定平臺的性能，目前大多采用經(jīng)典的控制技術(shù)。一種常用的方法是在系統(tǒng)中添加測速機等能夠測量擾動信息的傳感器，測量擾動信息并對其進行前饋補償。該方法能在一定程度上提高系統(tǒng)對擾動的抑制能力，但需要添加額外的傳感器且無法改善系統(tǒng)對建模誤差的魯棒性。李嘉全等人在文獻《基于速度信號的擾動觀測器及在光電穩(wěn)定平臺的應用》(《光學精密工程》，2011，19(5)，pp998-1004)中提出了在閉環(huán)控制系統(tǒng)中引入基于速度信號的擾動觀測器提高系統(tǒng)的擾動抑制能力，但此方法對擾動的提高有限且不能克服對象的不確定性。進幾年，各種現(xiàn)代控制方法在光電跟蹤穩(wěn)定平臺系統(tǒng)中的應用也受到了關(guān)注。如 變結(jié)構(gòu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊控制、模型參考自適應控制等。這些方法均在某些方面能改善系統(tǒng)的性能，但因算法復雜或計算量大或?qū)崟r性不夠高等原因不利于工程實現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)不足，在不增加額外傳感器的情況下， 對建模誤差和載體擾動信息進行軟測量，并對其進行補償，使光電跟蹤穩(wěn)定平臺系統(tǒng)具有強魯棒性，從而達到提高穩(wěn)定平臺的穩(wěn)定精度。本發(fā)明的技術(shù)方案一種強魯棒性的運動載體光電穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的魯棒性。其具體步驟如下(1)建立對象模型；(2)針對高精度轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)，設計高帶寬的電流環(huán)反饋回路，以保證電機可以具有足夠快的力矩響應；(3)用動態(tài)信號分析儀測試對象頻率特性，經(jīng)matlab擬合得到對象傳遞函數(shù)；(4)采用低通濾波器對陀螺輸出信號進行濾波；(5)采用兩步法設計內(nèi)?？刂破鱃im。(s)，內(nèi)模控制器Gim。(s)中的低通濾波器取為 1型濾波器；(6)在內(nèi)?？刂频幕A上添加魯棒回路，采用兩步法設計魯棒控制器G。2 (s)。當有建模誤差存在即 (s) =Gffl(S)+δ Gp(s)時，其中Gm(S)為建立的對象模型，δ Gp(s)為模型誤差，通過魯棒回路，將真實對象 (s)改造成與建立的內(nèi)部模型接近的等效對象G。p(s)，
O)=+，此時模型誤差為！+足化1 ⑷吵)孤刺。當有擾動
時，添加魯棒回路之后，擾動抑制殘余量為內(nèi)模控制的hmip (力；k為魯棒穩(wěn)定回路比例因子，在試驗中取為1 ；所述步驟(5)中，在噪聲容許范圍內(nèi)將內(nèi)模控制器Gim。(s)的參數(shù)ε盡量取小而不用過多考慮系統(tǒng)對建模誤差和擾動的魯棒性，這樣可以提高系統(tǒng)的帶寬。所述步驟(6)中，在保證魯棒回路穩(wěn)定的前提下G。2 (S)的參數(shù)λ越小，比例因子 K越大，系統(tǒng)對建模誤差和載體擾動的魯棒性越強。本發(fā)明的技術(shù)方案所具有的益處是1、相對于擾動前饋控制需要測速機等能夠測量擾動信息的傳感器，本發(fā)明采用對擾動信息的軟測量，除了速率陀螺不需要額外的傳感器就能提高系統(tǒng)對載體擾動的抑制能力。2、相對于帶擾動觀測器的控制方法，本發(fā)明在系統(tǒng)中引入了內(nèi)部模型，并通過魯棒回路將真實對象改造成與內(nèi)部模型相同的對象，大大提高了系統(tǒng)對建模誤差的魯棒性。3、相對于神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊自適應控制等現(xiàn)代控制方法，本發(fā)明技術(shù)簡單，對微處理器性能要求較低，便于工程應用。
圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的控制方法結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖；圖4為實測被控對象頻率特性和擬合被控對象頻率特性；圖5為采用本發(fā)明方法提高系統(tǒng)對建模誤差的魯棒性；圖6為采用PI控制和采用改進內(nèi)?？刂?RIMC)對擾動的抑制性能對比。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖，說明本發(fā)明的實施例。但以下的實施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍應包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，而且通過以下實施例對該領域的技術(shù)人員即可以實現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的全部內(nèi)容。下面以如附圖1所示的某光電跟蹤一維穩(wěn)定平臺為例進行說明。本伺服系統(tǒng)由兩臺單軸轉(zhuǎn)臺構(gòu)成，位于下面的是擾動臺，用于提供擾動角速度，位于上面的是穩(wěn)定平臺，擾動臺和穩(wěn)定平臺由各自的力矩電機直接驅(qū)動。本系統(tǒng)采用DMM16T采集板+PC104/SPD2C嵌入式系統(tǒng)，采樣頻率為1000Hz，采用CS-ARS-12速率陀螺。本發(fā)明的具體實施步驟如下(1)設計電流控制器G力) = 13333(0.00Zy + 1)，其中s是Iaplace變換算子，在式子中，如果s在分母表示極點，在分子表示零點，電流環(huán)閉環(huán)帶寬大于^OHz，在IOOHz的相位滯后小于10°。(2)對伺服系統(tǒng)進行機理分析，將系統(tǒng)近似建立一個二階模型
權(quán)利要求
1.一種強魯棒性的運動載體光電穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)，其特征在于(1)系統(tǒng)包括一個提供擾動的搖擺臺和一個穩(wěn)定平臺，將陀螺安裝在穩(wěn)定平臺上；(2)針對高精度轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)，設計高帶寬的電流反饋回路，將電機改造成一理想力矩源， 保證電機可以具有足夠快的力矩響應；(3)建立對象模型，用動態(tài)信號分析儀測試對象的頻率特性，經(jīng)擬合得到對象傳遞函數(shù)，將此傳遞函數(shù)設為控制系統(tǒng)內(nèi)部模型，所述對象為電機和轉(zhuǎn)臺負載；(4)采用內(nèi)?？刂品椒▽⑾到y(tǒng)設計為1型系統(tǒng)，采用兩步法設計內(nèi)?？刂破鱃im。(s)，調(diào)節(jié)其參數(shù)ε，提高系統(tǒng)的帶寬；(5)在內(nèi)?？刂频幕A上添加魯棒回路，采用與內(nèi)?？刂破飨嗤脑O計方法設計魯棒控制器G。2 (s)，調(diào)節(jié)其參數(shù)λ提高系統(tǒng)對建模誤差和載體擾動的魯棒性能，通過添加魯棒回路之后，將系統(tǒng)對建模誤差和對載體擾動的抑制性能提高l+KG。2(S)(ip(S)倍，其中G。2(S) 是魯棒回路控制器，K是魯棒回路比例因子，Gp(s)是被控對象傳遞函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強魯棒性的運動載體光電穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)，其特征在于步驟(4)所述的內(nèi)模控制器Gim。(s)的設計方法不限于兩步法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強魯棒性的運動載體光電穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)，其特征在于步驟(5)中所述的魯棒控制器G。2 (s)的設計與內(nèi)?？刂破鱃im。(s)的設計相互獨立， Gc2 (s)的設計是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的任意一種設計方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強魯棒性的運動載體光電穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)，其特征在于基本內(nèi)模控制方法和加上魯棒控制回路的改進內(nèi)?？刂品椒ㄒ策m用于非運動載體上的光電跟蹤穩(wěn)定平臺控制。
全文摘要
一種強魯棒性的運動載體光電穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用整體穩(wěn)定方式；設計高帶寬的電流環(huán)；建立對象數(shù)學模型，用動態(tài)信號分析儀測試對象頻率特性，經(jīng)擬合得到對象傳遞函數(shù)Gm(s)；根據(jù)建立的對象模型，采用兩步法設計內(nèi)模控制器Gimc(s)，通過調(diào)節(jié)內(nèi)?？刂破鱃imc(s)的參數(shù)ε使系統(tǒng)獲得高的帶寬；在內(nèi)?？刂频幕A上添加魯棒控制回路，設計魯棒控制器Gc2(s)，通過調(diào)節(jié)魯棒控制器Gc2(s)的參數(shù)λ提高系統(tǒng)的魯棒性能。本發(fā)明不需要額外的傳感器，通過控制結(jié)構(gòu)設計對建模誤差和載體擾動進行軟測量。該方法控制結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)意義直觀明了，便于工程實現(xiàn)，大大提高了光電跟蹤穩(wěn)定平臺的穩(wěn)定精度。
文檔編號G05B13/04GK102426420SQ20111038281
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月27日
發(fā)明者于偉, 包啟亮, 夏運霞, 李志俊 申請人:中國科學院光電技術(shù)研究所