一种提高光电测量设备对动态目标跟踪性能的方法技术

一种提高光电测量设备对动态目标跟踪性能的方法，涉及跟踪控制技术领域，解决了光电测量设备采用传统常规控制方法在跟踪动态目标的过程中，难以兼顾过渡过程和稳态跟踪精度的问题。本发明专利技术从位置控制器设计的角度出发解决上述问题。首先，设计基于改进超螺旋切换控制的位置控制器，控制结构以位置跟踪误差为变量实时变化，用切换控制保证系统的鲁棒性和控制精度；其次，对位置控制器参数作自适应时变设计，控制参数以控制量饱和程度为变量实时变化。综上，构成自适应时变位置控制器，通过切换控制的强鲁棒性和自适应时变参数的灵活性，兼顾跟踪目标时切入目标轨迹的过渡过程和稳态跟踪时的跟踪精度，提高光电测量设备对动态目标的跟踪性能。标的跟踪性能。标的跟踪性能。

【技术实现步骤摘要】
一种提高光电测量设备对动态目标跟踪性能的方法


[0001]本专利技术涉及跟踪控制
，具体涉及一种提高光电测量设备对动态目标跟踪性能的方法。

技术介绍

[0002]近年来交流永磁力矩电机因其良好的结构及控制特性在光电测量设备中得到了较多应用。由交流永磁力矩电机驱动的光电测量设备，主要功能是实现对目标的高精度跟踪测量，其跟踪控制系统通常采用电流、速度和位置控制器由内至外串联形式的闭环控制结构。其中电流环和速度环为内控制环，内环控制器设计主要是保证系统的伺服控制刚度，提高扰动抑制能力。位置环为外控制环，在内控制环的基础上实现对位置给定信号的高精度跟踪。光电测量设备对动态目标的跟踪性能，最终取决于位置环控制器的设计，主要体现在两个方面，一是切入目标轨迹的过渡过程；二是稳定跟踪目标的跟踪精度。
[0003]光电测量设备的位置环控制器通常采用传统的PI、超前滞后等常规控制方法进行设计，但是常规控制器设计一般难以兼顾系统的动态响应、稳态精度和稳定性。若单方面考虑稳态跟踪精度，一般情况下其控制器参数设置对于切入目标轨迹的动态过程来说偏大，导致位置响应出现抖动超调。这种抖动超调通常是由于位置控制误差积分饱和引起的，导致目标在设备视场中来回跳动，系统转入稳态跟踪的调节时间变长，导致跟踪动态目标的过渡过程变差。若单方面考虑跟踪目标的动态过渡过程，一般情况下其控制器参数设置对于稳态跟踪过程来说偏小，跟踪精度有限。上述问题是PI、超前滞后等常规控制器的共通问题，因此常规控制器的设计通常折中选取一组参数进行跟踪控制。
[0004]在传统常规控制方法的基础上，经过研究人员的改造和创新设计，很多先进的控制算法被提出。从线性控制器到非线性控制器，从固定控制结构到变化控制结构，从恒定控制器参数到时变控制器参数，控制系统的性能也从不同的角度得到了改善和提高。其中，以滑模控制、超螺旋切换控制为典型的变控制结构方法在电机控制领域得到了较多的关注和研究。超螺旋切换控制是一种二阶滑模控制，相比于传统一阶滑模控制有效削弱了抖振量，在提高控制系统的鲁棒性、响应性能和控制精度方面体现出了良好的应用效果。此外，时变参数设计也被应用到一些控制系统中，使得控制器的控制能力更加灵活。相比于固定结构、恒定参数控制器，变结构、时变参数控制器对系统过渡过程和稳态精度具有更强的把控能力，对系统的不同状态具有更强的适应性。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对光电测量设备对动态目标进行跟踪时，采用传统常规控制方法，难以兼顾切入目标轨迹的过渡过程和稳态跟踪精度的问题，提供一种提高光电测量设备对动态目标跟踪性能的方法。
[0006]一种提高光电测量设备对动态目标跟踪性能的方法，该方法设计一种自适应时变位置控制器进行位置闭环控制。首先，基于改进超螺旋切换控制设计位置控制器，控制结构
以位置跟踪误差为变量进行切换；然后，对位置控制器参数作自适应时变设计，以控制量饱和程度作为变量实时变化，构成自适应时变位置控制器；该控制器可以兼顾跟踪动态目标时切入目标轨迹的过渡过程以及稳态跟踪时的跟踪精度；
[0007]所述自适应时变位置控制器的设计方法由包括以下步骤：
[0008]步骤一、建立光电测量设备的跟踪控制模型，所述控制模型用公式表示为：
[0009][0010]式中，θ为系统位置信号，ω为系统速度信号，u
ω
为速度控制器的输出信号，f为扰动信号，b为模型参数，y为系统输出信号；
[0011]步骤二、基于超螺旋切换控制原理，设计基于改进超螺旋切换控制的位置控制器；所述位置控制器采用公式表示为：
[0012][0013]式中，u
θ
为位置控制器输出的控制量，k
p
、k
g
、k
l
、k
i
、k
h
均为控制器参数，其中，k
i
、k
h
为积分控制量参数，ρ为系数，tanh(
·
)为双曲正切函数，δ为大于0的系数，u
a
为积分控制量，s为切换面；
[0014]步骤三、对步骤二中所述位置控制器输出的控制量u
θ
进行限幅处理，采用公式表示为：
[0015][0016]式中，u
sθ
为u
θ
经过限幅处理后输出的控制量，ω
max
为光电测量设备允许的最大运行速度幅值；
[0017]步骤四、对步骤二中所述的位置控制器的积分控制量参数k
i
和k
h
做自适应时变设计后的自适应时变位置控制器，采用公式表示为：
[0018][0019]式中，和为自适应时变参数，采用公式表示为：
[0020][0021][0022]式中，k
i0
和k
h0
为初始控制增益，λ
i
和λ
h
为系数，且0＜λ
i
＜1，0＜λ
h
＜1，γ
i
和γ
h
为大于0的系数，Δu为u
θ
和u
sθ
的差值。
[0023]本专利技术的有益效果：本专利技术所提出的提高光电测量设备对动态目标跟踪性能的方法，主要从位置控制器的角度出发进行设计。相比于传统常规的固定控制结构和恒定控制参数控制器，本专利技术的位置控制器采用变控制结构、时变控制参数设计，构成自适应时变位置控制器。通过改进超螺旋切换控制保证跟踪控制系统的鲁棒性和控制精度，通过控制参数自适应时变设计改善跟踪的动态过渡过程。因此，采用自适应时变位置控制器可有效提高光电测量设备对动态目标的跟踪性能。具体具备以下优点：
[0024]一、本专利技术所述的对动态目标跟踪性能的方法中，通过对传统超螺旋切换控制作改进设计，采用双曲正切函数替代符号函数，同时增加控制项k
g
|s|
ρ
tanh(δs)、k
l
s和∫k
h
s，构成基于改进超螺旋切换控制的位置控制器，改进超螺旋切换控制可进一步有效降低切换控制中的抖振信号，提高系统跟踪目标的控制精度；
[0025]二、本专利技术对所述位置控制器中积分控制量的控制参数作自适应时变设计，依据位置控制量饱和程度自适应实时变化，可有效提高系统退出饱和区的速度，降低由位置误差积分饱和导致的超调量，改善系统跟踪目标的动态过渡过程。
[0026]三、本专利技术拟结合变控制结构和时变控制参数的理念来设计光电测量设备的位置控制器，以解决传统常规控制方法无法兼顾动态响应过程和稳态精度的问题。控制器的控制结构和控制参数，分别以位置跟踪误差和控制量饱和程度为变量进行时变，构成自适应时变位置控制器。采用自适应时变控制方法设计的位置控制器，具有更强的鲁棒性，可以兼顾跟踪目标时切入目标轨迹的过渡过程和稳态跟踪时的跟踪精度，提高光电测量设备对动态目标的跟踪性能。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高光电测量设备对动态目标跟踪性能的方法，其特征是：该方法设计一种自适应时变位置控制器进行位置闭环控制，该控制器有能力兼顾跟踪动态目标时切入目标轨迹的过渡过程以及稳态跟踪时的跟踪精度；所述自适应时变位置控制器设计方法由以下步骤实现：步骤一、建立光电测量设备的跟踪控制模型，所述控制模型用公式表示为：式中，θ为系统位置信号，ω为系统速度信号，u
ω
为速度控制器的输出信号，f为扰动信号，b为模型参数，y为系统输出信号；步骤二、基于超螺旋切换控制原理，设计基于改进超螺旋切换控制的位置控制器；所述位置控制器采用公式表示为：式中，u
θ
为位置控制器输出的控制量，k
p
、k
g
、k
l
、k
i
、k
h
均为控制器参数，其中，k
i
、k
h
为积分控制量参数，ρ为系数，tanh(
·
)为双曲正切函数，δ为大于0的系数，u
a
为积分控制量，s为切换面；步骤三、对步骤二中所述位置控制器输出的控制量u
θ
进行限幅处理，采用公式表示为：式中，u
sθ
为u
θ
经过限幅处理后输出的控制量，ω
max
为光电测量设备允许的最大运行速度幅值；步骤四、对步骤二中所述的位置控制器的积分控制量参数k
i
和k
h
做自适应时变设计后的自适应时变位置控制器，采用公式表示为：式中，和为自适应时变参数，采用公式表示为：采用公式表示为：式中，k
i0
和k
h0
为初始...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘京，邓永停，李洪文，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：