專利名稱：一種強(qiáng)魯棒性的運(yùn)動(dòng)載體光電穩(wěn)定平臺(tái)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電跟蹤領(lǐng)域，具體的涉及一種強(qiáng)魯棒性的運(yùn)動(dòng)載體上光電跟蹤穩(wěn)定平臺(tái)控制系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)對(duì)建模誤差和載體擾動(dòng)的魯棒性能。
背景技術(shù)：
針對(duì)運(yùn)動(dòng)載體上的ATP系統(tǒng)，載體的運(yùn)動(dòng)、抖動(dòng)以及外界環(huán)境對(duì)載體的干擾等都可以通過軸承摩擦耦合到跟蹤平臺(tái)上造成跟蹤瞄準(zhǔn)線(LOS)的晃動(dòng)，引起圖像模糊而影響提取目標(biāo)脫靶量精度，導(dǎo)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(yùn)動(dòng)和震動(dòng)等相隔離，使穩(wěn)定分系統(tǒng)的負(fù)載穩(wěn)定在固定的慣性空間方向。運(yùn)動(dòng)載體上光電穩(wěn)定平臺(tái)控制的另一個(gè)難點(diǎn)是隨著載體的姿態(tài)變化，被控對(duì)象特性會(huì)發(fā)生變化， 故要求控制系統(tǒng)對(duì)模型不確定性有很強(qiáng)的魯棒性。如何提高慣性穩(wěn)定平臺(tái)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(cè)速機(jī)等能夠測(cè)量擾動(dòng)信息的傳感器，測(cè)量擾動(dòng)信息并對(duì)其進(jìn)行前饋補(bǔ)償。該方法能在一定程度上提高系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)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(duì)建模誤差的魯棒性。李嘉全等人在文獻(xiàn)《基于速度信號(hào)的擾動(dòng)觀測(cè)器及在光電穩(wěn)定平臺(tái)的應(yīng)用》(《光學(xué)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(hào)的擾動(dòng)觀測(cè)器提高系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制能力，但此方法對(duì)擾動(dòng)的提高有限且不能克服對(duì)象的不確定性。進(jìn)幾年，各種現(xiàn)代控制方法在光電跟蹤穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)中的應(yīng)用也受到了關(guān)注。如 變結(jié)構(gòu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、模型參考自適應(yīng)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(fù)雜或計(jì)算量大或?qū)崟r(shí)性不夠高等原因不利于工程實(shí)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(duì)建模誤差和載體擾動(dòng)信息進(jìn)行軟測(cè)量，并對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，使光電跟蹤穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)具有強(qiáng)魯棒性，從而達(dá)到提高穩(wěn)定平臺(tái)的穩(wěn)定精度。本發(fā)明的技術(shù)方案一種強(qiáng)魯棒性的運(yùn)動(dòng)載體光電穩(wěn)定平臺(tái)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(duì)象模型；(2)針對(duì)高精度轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)高帶寬的電流環(huán)反饋回路，以保證電機(jī)可以具有足夠快的力矩響應(yīng)；(3)用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀測(cè)試對(duì)象頻率特性，經(jīng)matlab擬合得到對(duì)象傳遞函數(shù)；(4)采用低通濾波器對(duì)陀螺輸出信號(hào)進(jìn)行濾波；(5)采用兩步法設(shè)計(jì)內(nèi)模控制器Gim。(s)，內(nèi)?？刂破鱃im。(s)中的低通濾波器取為 1型濾波器；(6)在內(nèi)?？刂频幕A(chǔ)上添加魯棒回路，采用兩步法設(shè)計(jì)魯棒控制器G。2 (s)。當(dāng)有建模誤差存在即 (s) =Gffl(S)+δ Gp(s)時(shí)，其中Gm(S)為建立的對(duì)象模型，δ Gp(s)為模型誤差，通過魯棒回路，將真實(shí)對(duì)象 (s)改造成與建立的內(nèi)部模型接近的等效對(duì)象G。p(s)，
O)=+，此時(shí)模型誤差為！+足化1 ⑷吵)孤刺。當(dāng)有擾動(dòng)
時(shí)，添加魯棒回路之后，擾動(dòng)抑制殘余量為內(nèi)?？刂频膆mip (力；k為魯棒穩(wěn)定回路比例因子，在試驗(yàn)中取為1 ；所述步驟(5)中，在噪聲容許范圍內(nèi)將內(nèi)?？刂破鱃im。(s)的參數(shù)ε盡量取小而不用過多考慮系統(tǒng)對(duì)建模誤差和擾動(dòng)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(duì)建模誤差和載體擾動(dòng)的魯棒性越強(qiáng)。本發(fā)明的技術(shù)方案所具有的益處是1、相對(duì)于擾動(dòng)前饋控制需要測(cè)速機(jī)等能夠測(cè)量擾動(dòng)信息的傳感器，本發(fā)明采用對(duì)擾動(dòng)信息的軟測(cè)量，除了速率陀螺不需要額外的傳感器就能提高系統(tǒng)對(duì)載體擾動(dòng)的抑制能力。2、相對(duì)于帶擾動(dòng)觀測(cè)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(shí)對(duì)象改造成與內(nèi)部模型相同的對(duì)象，大大提高了系統(tǒng)對(duì)建模誤差的魯棒性。3、相對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊自適應(yīng)控制等現(xiàn)代控制方法，本發(fā)明技術(shù)簡(jiǎn)單，對(duì)微處理器性能要求較低，便于工程應(yīng)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(shí)測(cè)被控對(duì)象頻率特性和擬合被控對(duì)象頻率特性；圖5為采用本發(fā)明方法提高系統(tǒng)對(duì)建模誤差的魯棒性；圖6為采用PI控制和采用改進(jìn)內(nèi)?？刂?RIMC)對(duì)擾動(dòng)的抑制性能對(duì)比。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施例。但以下的實(shí)施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部?jī)?nèi)容，而且通過以下實(shí)施例對(duì)該領(lǐng)域的技術(shù)人員即可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的全部?jī)?nèi)容。下面以如附圖1所示的某光電跟蹤一維穩(wěn)定平臺(tái)為例進(jìn)行說明。本伺服系統(tǒng)由兩臺(tái)單軸轉(zhuǎn)臺(tái)構(gòu)成，位于下面的是擾動(dòng)臺(tái)，用于提供擾動(dòng)角速度，位于上面的是穩(wěn)定平臺(tái)，擾動(dòng)臺(tái)和穩(wěn)定平臺(tái)由各自的力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。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(shí)施步驟如下(1)設(shè)計(jì)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(diǎn)，在分子表示零點(diǎn)，電流環(huán)閉環(huán)帶寬大于^OHz，在IOOHz的相位滯后小于10°。(2)對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)理分析，將系統(tǒng)近似建立一個(gè)二階模型
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)魯棒性的運(yùn)動(dòng)載體光電穩(wěn)定平臺(tái)控制系統(tǒng)，其特征在于(1)系統(tǒng)包括一個(gè)提供擾動(dòng)的搖擺臺(tái)和一個(gè)穩(wěn)定平臺(tái)，將陀螺安裝在穩(wěn)定平臺(tái)上；(2)針對(duì)高精度轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)高帶寬的電流反饋回路，將電機(jī)改造成一理想力矩源， 保證電機(jī)可以具有足夠快的力矩響應(yīng)；(3)建立對(duì)象模型，用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀測(cè)試對(duì)象的頻率特性，經(jīng)擬合得到對(duì)象傳遞函數(shù)，將此傳遞函數(shù)設(shè)為控制系統(tǒng)內(nèi)部模型，所述對(duì)象為電機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)負(fù)載；(4)采用內(nèi)模控制方法將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為1型系統(tǒng)，采用兩步法設(shè)計(jì)內(nèi)模控制器Gim。(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(chǔ)上添加魯棒回路，采用與內(nèi)?？刂破飨嗤脑O(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)魯棒控制器G。2 (s)，調(diào)節(jié)其參數(shù)λ提高系統(tǒng)對(duì)建模誤差和載體擾動(dòng)的魯棒性能，通過添加魯棒回路之后，將系統(tǒng)對(duì)建模誤差和對(duì)載體擾動(dòng)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(duì)象傳遞函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)魯棒性的運(yùn)動(dòng)載體光電穩(wěn)定平臺(tái)控制系統(tǒng)，其特征在于步驟(4)所述的內(nèi)?？刂破鱃im。(s)的設(shè)計(jì)方法不限于兩步法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)魯棒性的運(yùn)動(dòng)載體光電穩(wěn)定平臺(tái)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(shè)計(jì)與內(nèi)?？刂破鱃im。(s)的設(shè)計(jì)相互獨(dú)立， Gc2 (s)的設(shè)計(jì)是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的任意一種設(shè)計(jì)方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)魯棒性的運(yùn)動(dòng)載體光電穩(wěn)定平臺(tái)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(jìn)內(nèi)?？刂品椒ㄒ策m用于非運(yùn)動(dòng)載體上的光電跟蹤穩(wěn)定平臺(tái)控制。
全文摘要
一種強(qiáng)魯棒性的運(yùn)動(dòng)載體光電穩(wěn)定平臺(tái)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用整體穩(wěn)定方式；設(shè)計(jì)高帶寬的電流環(huán)；建立對(duì)象數(shù)學(xué)模型，用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀測(cè)試對(duì)象頻率特性，經(jīng)擬合得到對(duì)象傳遞函數(shù)Gm(s)；根據(jù)建立的對(duì)象模型，采用兩步法設(shè)計(jì)內(nèi)?？刂破鱃imc(s)，通過調(diào)節(jié)內(nèi)模控制器Gimc(s)的參數(shù)ε使系統(tǒng)獲得高的帶寬；在內(nèi)?？刂频幕A(chǔ)上添加魯棒控制回路，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)對(duì)建模誤差和載體擾動(dòng)進(jìn)行軟測(cè)量。該方法控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)意義直觀明了，便于工程實(shí)現(xiàn)，大大提高了光電跟蹤穩(wěn)定平臺(tái)的穩(wěn)定精度。
文檔編號(hào)G05B13/04GK102426420SQ20111038281
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)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(yùn)霞, 李志俊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所