[發(fā)明專利]一種基于滑模自抗擾控制的轉鏡伺服控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110395247.8
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113238481B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設計）人: 劉丙友;趙瑞;楊潘;王力超;陶亮;齊晶晶;羅建
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 合肥昊晟德專利代理事務所(普通合伙) 34153
• 代理人: 何梓秋

1.一種基于滑模自抗擾控制的轉鏡伺服控制系統(tǒng)，其特征在于：包括高速相機、上位機、滑模自抗擾控制器、驅動器、直流電機、轉鏡；

所述高速相機，用于通過轉鏡的反射鏡片捕捉到模擬發(fā)射器發(fā)射出的模擬目標，采集圖像信息；

所述上位機，用于通過圖像算法對由所述高速相機采集的圖像信息進行處理，得到下一幀的位置角信號，將位置角信號發(fā)送給所述滑模自抗擾控制器；

所述滑模自抗擾控制器，以下一幀的位置角信號作為輸入量，轉鏡反饋的位置角信息作為反饋量，所得輸出控制信號至所述驅動器；

所述驅動器，用于接收所述滑模自抗擾控制器的控制信號，并進行放大來驅動所述直流電機；

所述直流電機，用于接收所述驅動器的控制信號，并將自身速度反饋給所述驅動器；

所述轉鏡，設置在所述直流電機的輸出軸上，用于反饋自身的位置角信息給所述滑模自抗擾控制器；

所述直流電機接受直流電機反饋的轉速信號，通過脈寬調制，實現(xiàn)直流電機轉速調節(jié)，進而實現(xiàn)轉鏡的速度閉環(huán)控制；

所述滑模自抗擾控制器包括跟蹤微分器、滑模-擴張狀態(tài)觀測器、滑模-非線性誤差反饋控制律；

所述跟蹤微分器，用于安排過渡過程，解決快速響應與超調之間的矛盾以及提取參考輸入的準確的微分信號；

所述滑模-擴張狀態(tài)觀測器，用于設計代替非線性函數(shù)fal(e,α,δ)的滑模最優(yōu)控制函數(shù)H(e)，進而對擾動進行觀測；

所述滑模-非線性誤差反饋控制律，用于描述轉鏡反饋的位置角信息與上位機處理得出的目標位置角信息之間的函數(shù)關系，獲得更有效的誤差反饋控制律；

所述滑模-擴張狀態(tài)觀測器的表達式如下：

其中，e₁為位置角跟蹤誤差；z₁為移動目標位置角θ₀的跟蹤信號；z₂為移動目標位置角θ₀的微分信號；z₃為系統(tǒng)總擾動的觀測信號；b為補償因子；α₁為SM-ESO的增益；函數(shù)H₁(e)為基于擴張狀態(tài)觀測器的滑模最優(yōu)控制函數(shù)，其中e＝(e₁,e₂)，e₂為角速度跟蹤誤差；

設計基于趨近律的滑模最優(yōu)控制函數(shù)H₁(e)的過程如下：

S1：構造系統(tǒng)的滑模面函數(shù)：

s＝c₁e₁+e₂

其中，c₁為滑模面參數(shù)，且c₁＞0；調節(jié)c₁的大小可以調節(jié)狀態(tài)趨近于零的速度，c₁越大，調節(jié)速度越快；

S2：由轉鏡的位置角跟蹤誤差e₁和角速度跟蹤誤差e₂對應的誤差方程可得：

其中D為有界函數(shù)；

設計基于趨近律的滑模最優(yōu)控制函數(shù)H₁(e)為：

H₁(e)＝-c₁e₂-p₁ sgn(s)-q₁s

式中，p₁為等速趨近項系數(shù)、q₁為指數(shù)趨近項系數(shù)，且p₁、q₁＞0；

所述滑模-非線性誤差反饋控制律的表達式如下：

其中，v₁為θ₀的跟蹤信號；v₂為v₁的微分信號，ε₁、ε₂分別為跟蹤過度過程的誤差信號和誤差微分信號，α₂為SM-NLSEF的增益，函數(shù)H₂(ε)為基于非線性誤差反饋控制律的滑模最優(yōu)控制函數(shù)，其中ε＝(ε₁,ε₂)；

采用基于趨近律的滑?？刂坪瘮?shù)H₂(ε)對其進行非線性組合，令

構造滑模面函數(shù)：

s＝c₂ε₁+ε₂

對其進行求導得：

式中，c₂為滑模面參數(shù)，且c₂＞0；選取指數(shù)趨近律，其表達式如下：

故可得基于趨近律的滑模非線性函數(shù)H₂(ε)，其表達式為：

H₂(ε)＝-p₂ sgn(s)-q₂s

式中，p₂為等速趨近項系數(shù)、q₂為指數(shù)趨近項系數(shù)，且p₂、q₂＞0。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于滑模自抗擾控制的轉鏡伺服控制系統(tǒng)，其特征在于：所述跟蹤微分器的表達式如下：

其中，θ₀為上位機給出的實時輸入信號；h為積分步長；h₀為濾波因子；n為濾波系數(shù)；r₀為跟蹤速度因子；fhan(v₁,v₂,r₀,h₀)為最速綜合控制函數(shù)，表達式如下：