[發明專利]一種基于陀螺和精電視信號融合的擾動解耦與抑制方法

有效

• 申請號: 202110746265.6
• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113358114B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 夏運霞;林金洋;夏華陽;劉翔;包啟亮;馬榮崎;蔣晶;王強
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;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: 江亞平

本發明公開了一種基于陀螺和精電視信號融合的擾動解耦與抑制方法，光電跟蹤系統的機架方位軸和俯仰軸上分別裝載角速率陀螺A和角速率陀螺E，陀螺信號用于粗跟蹤回路的速度回路閉環，此外，解耦陀螺信號的高頻部分為擾動信號的高頻部分。精電視安裝在機架內部，通過快反鏡探測目標偏差，精電視信號用于精跟蹤回路閉環，同時解耦其低頻信號與解耦后的陀螺信號融合后前饋到精跟蹤回路，能夠提高系統對擾動的抑制能力，但不影響系統的目標跟蹤能力，實現精穩定控制。本發明不需要添加額外傳感器，不需要建立控制對象的等效模型。結構簡單，利于工程實現。

技術領域

本發明涉及慣性穩定控制領域，具體涉及一種基于陀螺和精電視信號融合的擾動解耦與抑制方法。

背景技術

裝載在運動載體上的光電跟蹤系統會受到來自載體以及自身的各種擾動，直接影響系統的目標跟蹤精度。傳統方法多是在機架上安裝傳感器，利用傳感器信號通過多回路閉環來提高系統擾動抑制帶寬，從而提高擾動抑制能力。但此方法的控制帶寬受限于傳感器采樣頻率、機械諧振、控制對象質量等因素，擾動的抑制能力不足。針對系統擾動抑制帶寬不足的問題，本發明提出一種基于陀螺和精電視信號融合的擾動解耦與抑制方法，該方法通過設計互補濾波器，利用慣性速率陀螺信號解耦中高頻特性的擾動和精電視信號解耦低頻的目標和擾動信號，利用快反鏡進行擾動抑制，并且不損失系統的目標跟蹤能力。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：提出一種基于陀螺和精電視信號融合的擾動解耦與抑制方法，主要通過解耦慣性傳感器速率陀螺信號和精電視脫靶量信號，再通過融合信號前饋控制的方法解決光電跟蹤系統擾動抑制能力不足的問題，并同時提升系統的目標跟蹤能力。

為解決上述技術問題，本發明采用了以下技術方案：

一種基于陀螺和精電視信號融合的擾動解耦與抑制方法，應用于光電跟蹤系統，該方法包括如下步驟：

步驟(1)，將粗電視裝載于光電跟蹤系統的機架上，慣性速率陀螺裝載于機架的方位軸和俯仰軸上，該慣性速率陀螺產生陀螺信號，以用于形成粗跟蹤速度回路閉環，從而獲得粗跟蹤速度回路對擾動D(s)抑制之后的等效殘差D'(s)，所述D'(s)為：其中，G₁(s)為光電跟蹤系統的機架的真實速度特性，C_v(s)為粗跟蹤速度回路控制器，s為拉普拉斯算子；

步驟(2)，基于所述等效殘差D'(s)和陀螺信號獲得高頻擾動信號d_fh，所述d_fh為：

其中，u(s)為陀螺角速率信號，C_p(s)為粗跟蹤位置回路控制器，R(s)為目標信號，且為低頻信號，G_h(s)為高通濾波器，G(s)為粗跟蹤速度回路閉環特性；

步驟(3)，將精電視安裝于機架內部，精電視測量經快反鏡反射來的目標偏差信息，獲得精電視脫靶量信號e′(s)，該信號用于精跟蹤位置回路閉環，將精電視脫靶量信號e′(s)進行低通濾波處理，得到低頻信號d_fl，所述d_fl為；

其中，G_l(s)為低通濾波器，C_f(s)為精跟蹤位置回路控制器，M(s)為快反鏡電渦流閉環回路傳遞函數；

步驟(4)，將步驟(2)和步驟(3)中分別得到的信號d_fh和d_fl進行融合，再經過前饋控制器C₁(s)后得到前饋信號d_f，所述前饋控制器C₁(s)為快反鏡電渦流閉環回路傳遞函數M(s)的逆C₁(s)＝M(s)^-1。

其中，所述粗跟蹤速度回路閉環特性為