[發明專利]一種艦載光電跟蹤平臺控制方法

在審

• 申請號: 202110751922.6
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113359872A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 呂明明;童玉健;王佳;方記文;李沖
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種艦載光電跟蹤平臺控制方法，包括：構建艦載光電跟蹤平臺的控制對象模型；建立含有擾動的系統狀態空間方程；選取擴張狀態變量，建立艦載光電跟蹤平臺的擴張狀態空間方程；根據控制量和輸出量，建立艦載光電跟蹤平臺的線性擴張狀態觀測器，及觀測器參數矩陣，得到位置估計值、速度估計值和擴張狀態估計值；設計基于分數階PD控制的狀態誤差反饋控制律；將觀測器和控制器初始參數分別與觀測器帶寬及控制器帶寬相關聯，并采用優化算法對觀測參數和控制參數進行在線實時優化。本發明具有較強的抗干擾能力，能夠有效抑制艦載光電跟蹤平臺內外擾動，提高目標跟蹤精度。

技術領域

本發明涉及光電跟蹤平臺控制方法，具體涉及一種艦載光電跟蹤平臺控制方法。

背景技術

艦載光電跟蹤平臺是利用光電探測和自動控制技術，對目標進行捕捉、定位和跟蹤的重要設備之一，廣泛用于執行艦載機起降引導、水上偵察打擊及激光對抗與通信等任務。艦載光電跟蹤平臺是在地基平臺上發展而來，視軸穩定和目標跟蹤是兩大核心技術，其中穩定是前提，跟蹤是目的。多源擾動是制約艦載光電跟蹤平臺高精度視軸穩定和目標跟蹤的主要原因，包括摩擦、質量不平衡、齒隙和多軸耦合等。由于風浪和水流的影響，艦船會發生橫向、縱向與垂向三個平移運動，以及縱搖、橫搖與艏搖三個旋轉運動。除了抑制自身內部擾動外，艦載光電跟蹤平臺還要具備隔離艦船搖擺運動的能力，保證視軸在慣性空間內保持穩定。為了實現艦載光電跟蹤平臺的高精度控制，相關研究圍繞著控制結構和控制策略開展。PID作為經典控制算法，應用在各類艦載光電跟蹤平臺的控制中，但是在動態性能和魯棒性等方面均無法滿足現代艦載光電跟蹤平臺的高精度控制要求。

針對多源擾動問題，國內外學者通常采用抗擾范式對艦載光電跟蹤平臺的干擾和不確定進行主動抑制，主要從基于擾動建模的補償以及總體抗擾兩個角度出發進行研究。自抗擾控制通過對艦載光電跟蹤平臺內部不確定因素和外部擾動的整體辨識，建立擴張狀態觀測器，并對總體擾動進行實時補償，具有較強的抗干擾能力，能有效提高艦載光電跟蹤平臺的控制精度和穩定性。自抗擾控制由跟蹤微分器、擴張狀態觀測器及非線性狀態誤差反饋控制律三個部分組成。但當三個環節均采用非線性函數時，參數多達12個，而且存在一定耦合，調整過程過于繁瑣，不利于工程應用。

因此，為了實現艦載光電跟蹤平臺的高精度控制及實際工程應用，需要研究一種新的實用控制方法，以滿足艦載光電跟蹤平臺的高精度控制要求。

發明內容

發明目的：針對現有技術存在的問題，本發明提供一種具有較強抗干擾能力的艦載光電跟蹤平臺控制方法，能夠有效抑制艦載光電跟蹤平臺內外擾動，實現艦載光電跟蹤平臺的高精度穩定跟蹤控制。

技術方案：一種艦載光電跟蹤平臺控制方法，包括如下步驟：

S1：構建艦載光電跟蹤平臺的控制對象模型，所述控制對象模型為位置環控制對象的傳遞函數G(s)：

其中，s為拉普拉斯算法，T為系統總的等效時間常數；

S2：考慮艦載光電跟蹤平臺模型的外部擾動，建立含有擾動w的系統狀態空間方程：

其中，x₁為目標位置狀態；x₂為速度狀態；u為控制量；b為系統不確定量；w為等效外部擾動；

S3：令f＝-x₂/T+bu+w，選取擴張狀態變量x＝[x₁,x₂,f]^T，建立艦載光電跟蹤平臺的擴張狀態空間方程：

其中，C＝[1 0 0]；b₀＝1/T；

S4：建立如下擾動觀測器：