[發明專利]一種基于視覺跟蹤的誤差觀測前饋控制方法

在審

• 申請號: 201710561295.3
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107390522A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 鄧超;任維;毛耀;劉瓊;張超
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光電系統跟蹤控制領域，具體的涉及一種基于視覺跟蹤的誤差觀測前饋控制方法，用于提高跟瞄系統誤差抑制帶寬，使系統能適應更高機動的目標。

背景技術

光電跟蹤控制系統主要是根據圖像視覺對目標進行指向跟蹤，利用CCD獲取目標在當前姿態的視軸指向誤差，然后進行閉環跟蹤，完成指向跟隨。快反鏡作為系統中高精度跟蹤子系統的主要組成部分，其控制回路用于實現目標的高精度鎖定，其跟蹤精度決定著系統的最終整體性能。傳統的快反鏡控制主要是利用電渦流位置傳感器和CCD的視覺誤差傳感器實現雙閉環反饋控制。但是由于CCD傳感器的幀頻較低且延時大，從而導致系統的跟蹤帶寬受限，最終體現在跟蹤誤差量較大，降低了系統的跟蹤性能。為進一步優化系統跟蹤能力，前饋方法被引入到反饋控制中，實現復合跟蹤控制。傳統的前饋控制需要對目標的運動信息進行估計，其估計精度直接決定前饋效果。但是，由于無法直接獲取目標當前位置、速度等信息，所能得到的目標信息存在很大的噪聲和延時，容易導致系統不穩，無法直接使用。針對此問題，申請號為CN201710137779.5的中國專利《一種基于誤差觀測器的快反鏡前饋控制方法》利用誤差和控制器輸出融合目標位置進行前饋，有力的提高了系統的低頻誤差抑制能力。但是，該方法的估計位置依舊存在較大延時，從而導致其誤差抑制能力帶寬較低，無法適應較高機動的目標。

發明內容

針對當前快反鏡前饋存在的誤差抑制帶寬不足問題，本發明的目的是提供一種基于視覺跟蹤誤差的觀測前饋控制方法，主要是用于提升系統誤差抑制帶寬，讓系統能適應較高機動目標的跟蹤。本方法的核心思想是改變估計位置的獲取路徑和前饋節點，利用CCD提供的視覺誤差和位置控制器的直接輸出融合得到一個觀測位置，然后把該位置量通過前饋控制器，進而直接前饋到驅動輸出量，以進一步抑制跟蹤誤差。由于此方法的外部輸入數據為CCD傳感器，因此本發明不受外部其他傳感器的延時和噪聲的影響。同時，正是由于該方法依靠視覺誤差作為輸入，從而該方法不僅針對目標跟蹤有效，同時也對基于CCD的快反鏡擾動抑制有效，使用范圍較廣。從理論上看，此方法可以理解為在系統的反饋控制器中加入了一個等效的超前滯后校正器，從而提高了系統在穿越頻率以下的開環增益，在保證系統穩定裕度的前提下提供了一個高增益控制器。從實驗結果來看，該方法能有效的提高系統的誤差抑制能力，和理論推導相符。

為實現本發明的目的，本發明提供一種基于視覺跟蹤的誤差觀測前饋控制方法，其具體實施步驟如下：

步驟(1)：在快反鏡跟蹤控制系統中安裝電渦流位置傳感器和CCD傳感器，用以測量快反鏡的偏轉角位置量。電渦流傳感器的采樣頻率一般較高，主要是用以實現一個高帶寬線性內環，為外環提供一個線性被控對象；

步驟(2)：利用一個激光器產生一個點光源，通過快反鏡使光源進入CCD系統，直接正弦驅動快反鏡來測試獲取CCD圖像處理系統的延時參數T₀；

步驟(3)：通過頻率響應測試儀對平臺的電渦流位置頻率對象特性進行測試，輸入為控制器輸出值，輸出為電渦流采樣值。高采樣率可獲得較高精度的電渦流對象模型G(s)，用于實現高帶寬內環；

步驟(4)：設計內環位置控制器C_p(s)實現高帶寬位置反饋閉環，然后再測試位置內環閉環后的對象模型，輸入為給定位置，輸出為CCD量，此對象模型為外環被控對象模型，稱為G_p(s)，然后可設計CCD環控制器C(s)，這樣就實現了傳統的雙閉環控制；

步驟(5)：通過頻響儀測試傳統雙閉環控制的閉環特性，其閉環數學模型可看作為一個慣性環節1/(T_ms+1)，擬合系統模型獲取數學模型參數T_m；

步驟(6)：添加誤差觀測前饋，首先把CCD所傳回的跟蹤誤差量通過模型補償器又因為此處內環帶寬高，外環帶寬低，在外環帶寬有效范圍內，可得G_m(s)＝1，也就是CCD誤差量在此處可直接使用；然后把當前的內環給定進行延時T₁后與CCD誤差量相加，如此可得到當前目標位置估計量，其中T₁≈T₀；

步驟(7)：根據CCD延時特性和雙閉環特性T_m設計前饋控制器Q(s)的具體參數，然后把目標位置估計量直接作為前饋控制器的輸入，計算得到真實前饋量，最后把該前饋量直接加在CCD環位置控制器C(s)的輸出，此時的輸出量則是作為內環的給定量輸入，如此完成前饋操作，實現誤差抑制。