[發明專利]一種提高光電測量設備對動態目標跟蹤性能的方法

有效

• 申請號: 202110974226.1
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113485127B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 劉京;鄧永停;李洪文
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 朱紅玲

一種提高光電測量設備對動態目標跟蹤性能的方法，涉及跟蹤控制技術領域，解決了光電測量設備采用傳統常規控制方法在跟蹤動態目標的過程中，難以兼顧過渡過程和穩態跟蹤精度的問題。本發明從位置控制器設計的角度出發解決上述問題。首先，設計基于改進超螺旋切換控制的位置控制器，控制結構以位置跟蹤誤差為變量實時變化，用切換控制保證系統的魯棒性和控制精度；其次，對位置控制器參數作自適應時變設計，控制參數以控制量飽和程度為變量實時變化。綜上，構成自適應時變位置控制器，通過切換控制的強魯棒性和自適應時變參數的靈活性，兼顧跟蹤目標時切入目標軌跡的過渡過程和穩態跟蹤時的跟蹤精度，提高光電測量設備對動態目標的跟蹤性能。

技術領域

本發明涉及跟蹤控制技術領域，具體涉及一種提高光電測量設備對動態目標跟蹤性能的方法。

背景技術

近年來交流永磁力矩電機因其良好的結構及控制特性在光電測量設備中得到了較多應用。由交流永磁力矩電機驅動的光電測量設備，主要功能是實現對目標的高精度跟蹤測量，其跟蹤控制系統通常采用電流、速度和位置控制器由內至外串聯形式的閉環控制結構。其中電流環和速度環為內控制環，內環控制器設計主要是保證系統的伺服控制剛度，提高擾動抑制能力。位置環為外控制環，在內控制環的基礎上實現對位置給定信號的高精度跟蹤。光電測量設備對動態目標的跟蹤性能，最終取決于位置環控制器的設計，主要體現在兩個方面，一是切入目標軌跡的過渡過程；二是穩定跟蹤目標的跟蹤精度。

光電測量設備的位置環控制器通常采用傳統的PI、超前滯后等常規控制方法進行設計，但是常規控制器設計一般難以兼顧系統的動態響應、穩態精度和穩定性。若單方面考慮穩態跟蹤精度，一般情況下其控制器參數設置對于切入目標軌跡的動態過程來說偏大，導致位置響應出現抖動超調。這種抖動超調通常是由于位置控制誤差積分飽和引起的，導致目標在設備視場中來回跳動，系統轉入穩態跟蹤的調節時間變長，導致跟蹤動態目標的過渡過程變差。若單方面考慮跟蹤目標的動態過渡過程，一般情況下其控制器參數設置對于穩態跟蹤過程來說偏小，跟蹤精度有限。上述問題是PI、超前滯后等常規控制器的共通問題，因此常規控制器的設計通常折中選取一組參數進行跟蹤控制。

在傳統常規控制方法的基礎上，經過研究人員的改造和創新設計，很多先進的控制算法被提出。從線性控制器到非線性控制器，從固定控制結構到變化控制結構，從恒定控制器參數到時變控制器參數，控制系統的性能也從不同的角度得到了改善和提高。其中，以滑模控制、超螺旋切換控制為典型的變控制結構方法在電機控制領域得到了較多的關注和研究。超螺旋切換控制是一種二階滑模控制，相比于傳統一階滑模控制有效削弱了抖振量，在提高控制系統的魯棒性、響應性能和控制精度方面體現出了良好的應用效果。此外，時變參數設計也被應用到一些控制系統中，使得控制器的控制能力更加靈活。相比于固定結構、恒定參數控制器，變結構、時變參數控制器對系統過渡過程和穩態精度具有更強的把控能力，對系統的不同狀態具有更強的適應性。

發明內容

本發明針對光電測量設備對動態目標進行跟蹤時，采用傳統常規控制方法，難以兼顧切入目標軌跡的過渡過程和穩態跟蹤精度的問題，提供一種提高光電測量設備對動態目標跟蹤性能的方法。

一種提高光電測量設備對動態目標跟蹤性能的方法，該方法設計一種自適應時變位置控制器進行位置閉環控制。首先，基于改進超螺旋切換控制設計位置控制器，控制結構以位置跟蹤誤差為變量進行切換；然后，對位置控制器參數作自適應時變設計，以控制量飽和程度作為變量實時變化，構成自適應時變位置控制器；該控制器可以兼顧跟蹤動態目標時切入目標軌跡的過渡過程以及穩態跟蹤時的跟蹤精度；

所述自適應時變位置控制器的設計方法由包括以下步驟：

步驟一、建立光電測量設備的跟蹤控制模型，所述控制模型用公式表示為：

式中，θ為系統位置信號，ω為系統速度信號，u_ω為速度控制器的輸出信號，f為擾動信號，b為模型參數，y為系統輸出信號；