[發明專利]一種基于改進型重復自抗擾的光電跟蹤系統控制方法

在審

• 申請號: 202110402712.6
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113189872A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 毛耀;聶康;李志俊;任戈
• 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
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

1.一種基于改進型重復自抗擾的光電跟蹤系統控制方法，其特征在于：其具體實施步驟如下：

步驟(1)：搭建一個精密定位控制實驗裝置，包括光源、位置探測器、傾斜鏡、電機、控制器和驅動放大模塊，光源發射的激光通過傾斜鏡反射進入位置探測器，位置探測器將激光位置輸出信號進行模數轉換給控制器，控制器按照給定的控制算法得到電機驅動量，并通過驅動放大模塊致動傾斜鏡，實現閉環誤差校正，從而穩定光軸在位置探測器中心，整個控制系統以狀態空間的形式可以表示為：

其中，y,x₁為系統輸出狀態，即位置探測器獲取的光源位置輸出信號，x₂為輸出狀態的一階導，u是系統的輸入信號，即控制計算得到的驅動電壓，w是系統存在的不確定性和擾動，a₁,a₂,b₀是控制系統部分已知的近似參數；

步驟(2)：在經典閉環系統基礎上實現傳統重復控制，在跟蹤誤差信號到控制器給定輸入信號之間并聯一個時滯模型，該模型是一個正反饋環節，可以表示為其中，前向通道由延遲環節和低通濾波器q(s)串聯構成，M_CRC(s)是傳統重復控制內模的復數域傳遞函數表達式；

步驟(3)：在傳統的重復控制基礎上添加水床調節函數，表達式為其中α∈[0,1)可以調節擾動抑制的范圍，α越接近1，水床緩解效果越明顯，但是重復頻率處的抑制頻帶越窄，α＝0表明改進型重復控制此時等效于傳統重復控制，即對水床放大沒有改進；

步驟(4)：利用精密定位系統被控對象的輸入輸出信號構造一個三階的擴張狀態觀測器，可以表示為：

其中，Z是觀測器的狀態，u_m為觀測器的輸入矩陣，輸入值為精密定位系統的輸入信號u和輸出信號y，表示為u_m＝[u y]^T，y_m是觀測器的輸出信號；

進一步地，設計的擴張狀態觀測器并不依賴于精確的系統模型，也不依賴于部分已知參數的準確性，整個系統具有較好的魯棒性，通過配置期望的觀測器帶寬ω_o，得到各個矩陣表示為：

C＝[1 0 0],

步驟(5)：設計基于改進型重復控制和擴張狀態反饋和補償的閉環控制律為：

其中，u₀是閉環控制器的輸出，即實現擾動補償后被控系統的輸入，k_d＝2ω_c分別是控制器增益，ω_c是期望的整體閉環系統的帶寬。

2.根據權利要求1所述的一種基于改進型重復自抗擾的光電跟蹤系統控制方法，其特征在于：相對于傳統的重復控制方法，該方法因為水床調節函數的作用，能夠緩解在非重復頻率段的水床放大，大大減小該頻段擾動的不必要放大，同時保持在重復頻率點的擾動抑制效果；相比于傳統的擴張狀態觀測器，該方法因為部分已知的模型信息的引入，進一步減小擴張狀態觀測器各狀態的觀測負擔，提高觀測精度，更好的實現閉環反饋和總擾動抑制補償；相對于傳統的重復控制方法，該方法因為水床調節函數的作用，能夠緩解在非重復頻率段的水床放大，大大減小該頻段擾動的不必要放大，同時保持在重復頻率點的擾動抑制效果；因為零相位低通濾波器的引入，修正重復頻率作用點的偏移，精確作用到設計的重復頻率點，避免不期望的偏移。

3.根據權利要求1所述的一種基于改進型重復自抗擾的光電跟蹤系統控制方法，其特征在于：該方法是一種數據驅動控制方法，對被控對象模型依賴程度低，在已知系統受到的周期擾動頻率情況下，進一步衰減周期擾動、非周期擾動和不確定性等總擾動；該方法是從控制算法上對系統進行優化，不需要添加任何硬件結構，控制成本低；該方法思路清晰，結構簡單，參數易調整，在工程上可直接應用和實現。