[發明專利]一種基于滑模自抗擾控制的轉鏡伺服控制系統

有效

• 申請號: 202110395247.8
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113238481B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（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

本發明公開了一種基于滑模自抗擾控制的轉鏡伺服控制系統，屬于控制技術領域，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。本發明采用滑模控制理論和自抗擾控制相結合的控制策略，提高了轉鏡伺服控制系統的性能；通過將滑模最優控制函數引入到擴張狀態觀測器和非線性誤差反饋控制律中，增強了轉鏡伺服控制系統的快速響應能力和穩定性，使得轉鏡伺服控制系統能夠更準確地更快速地跟蹤移動目標，值得被推廣使用。

技術領域

本發明涉及控制技術領域，具體涉及一種基于滑模自抗擾控制的轉鏡伺服控制系統。

背景技術

相機捕獲移動物體時，能夠實時調整視角方向，使被跟蹤的物體一直出現在相機畫面內，這種技術稱為視覺伺服，但是由于在高速運動中，目標在畫面里的位移較大，若僅僅采用高速相機接收畫面，將會產生因相對運動造成的“運動模糊”。因此，為了減少相機與目標的相對運動，降低“運動模糊”，傳統的方法是在用各式云臺進行伺服控制。然而，即使通過旋轉云臺快速地控制高速相機的視覺方向，也不能夠獲得足夠的高速性能，特別是云臺的重量在旋轉時產生的慣性，且不斷積累下產生的誤差將會非常大，很難實現高速度的視覺伺服。

后來又提出了采用轉鏡伺服控制系統來控制高速相機的視角方向，對于相機本身是固定的，運動的部分只有反射鏡片。鏡片直接固定在直流電機軸上，質量很小，對直流電機的干擾可以忽略不計，同時相比于傳統云臺直接搭載高速相機，大大的降低了系統的慣性。

由于轉鏡的鏡片直接固定在直流電機的直流電機軸上，其位置角控制極易受到直流電機參數變化和外界干擾的影響。因此，將高性能的控制算法引入到轉鏡伺服控制系統中變得尤為迫切。目前，國內外的學者們主要采用的方法有經典PID控制、反演控制、自適應控制、滑模控制以及自抗擾控制等。盡管這些控制方法都具有較強的控制性能，但也存在者較大的局限性。其中PID控制難以解決轉鏡伺服控制系統的強耦合、非線性等問題。反演控制的控制效果在很大程度上依賴于精準的數學模型，難以在轉鏡伺服控制系統中去實現；滑模控制在非線性系統中“抖振”明顯，會對系統的穩定性產生損害；自適應控制要求將非線性參數線性化，會對系統的穩定性造成影響；自抗擾控制的抗干擾能力雖強，但其響應速度不足于處理轉鏡的實時跟蹤。因此，提出一種基于滑模自抗擾控制的轉鏡伺服控制系統。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于：如何解決現有轉鏡伺服控制系統所采用的控制方式中存在的控制效果差等問題，提供了一種基于滑模自抗擾控制的轉鏡伺服控制系統。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的，本發明包括高速相機、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射器發射出的模擬目標，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，將位置角信號發送給所述滑模自抗擾控制器；

所述滑模自抗擾控制器，用于將下一幀的位置角信號并與轉鏡反饋的位置角信息作比較，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。

更進一步地，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，實現直流電機轉速調節，從而實現轉鏡的速度閉環控制。

更進一步地，所述滑模自抗擾控制器包括跟蹤微分器、滑模-擴張狀態觀測器、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；