[发明专利]一种基于模糊决策的双轴光电转台复合控制系统和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及双轴光电转台控制技术的改进，尤其是一种基于模糊决策的双轴光电转台复合控制系统和控制方法，属于双轴光电转台控制技术领域。

背景技术

双轴光电转台用于隔离外界扰动和对空中或地面移动物体进行实时稳定的光电跟踪。为了实现高精度的光电跟踪性能，除需要合理设计转台本身的机械结构外，还需要精心设计高性能的控制方法，并结合位置传感器、伺服驱动器和执行机构，共同形成能够控制双轴光电转台完成高精度伺服转动的闭环伺服控制系统。

在目前的工程实际中，为提高系统的控制性能，PID控制规律是转台伺服系统中常用的控制方法。PID控制器的参数根据一般传统设计方法选取，控制器参数在整个调节过程中固定不变，系统能否在最佳状态下工作，主要取决于调节器各参数的设置是否得当。但是，当双轴光电转台要求具有高精度性能指标时，传统PID设计方法中可以忽略的一些关于被控对象的非线性、时变性、没有确切的模型等性质，将不能被忽略，并由此引起传统PID控制方法的过程参数调节困难、控制效果差等现象。控制界针对不同情况提出了自适应PID控制、广义预测PID、神经网络PID、模糊PID等改进PID控制器的方法。模糊控制可有效利用人类专家的控制经验，不依赖于被控对象的精确模型。模糊控制与PID控制器相结合可以实现高级的PID控制算法，改善系统性能。

为了提高双轴光电转台闭环控制系统的精度，有效抑制系统噪声，一般通过提高开环增益或者增加积分环节以减小误差来提高跟踪精度，但同时也使得系统的稳定裕度减少。针对一般闭环转台伺服系统普遍存在的跟踪精度与稳定性之间的矛盾，利用复合控制在原闭环控制系统的基础上，再增加一个开环的前馈支路，在提高跟踪精度的同时，又不影响原闭环系统的稳定性，可以较好的解决该矛盾。

但是，由于在一般光电跟踪转台伺服系统中（例如激光、红外和电视等光电跟踪转台伺服系统），光电传感器只能提供目标与光电传感器视轴之间的偏差，无法给出目标的空间坐标位置，无法给出目标的速度。同时，光电传感器输出的误差信号含有较大的随机噪声，闭环伺服系统无法靠传统的闭环调节方法来抑制此类噪声信号。为此，必须在给定误差信号的输入端通过加入滤波环节来降低或消除噪声。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种基于模糊决策的双轴光电转台复合控制系统和控制方法，本发明可以克服被控对象的非线性、时变性和模型不一致性等问题，消除PID控制器中微分环节的高频噪声和积分环节的超调问题，同时解决闭环伺服系统的稳定性和高精度间的矛盾，大大抑制系统输入端的随机噪声，使得本发明能够满足此类转台伺服系统的高跟踪精度需求。

本发明实现上述目的的技术解决方案如下：

一种基于模糊决策的双轴光电转台复合控制系统，它包括如下单元；

综合数字滤波与估计单元：综合数字滤波与估计单元由惯性数字滤波单元和离散卡尔曼滤波与估计单元构成，惯性数字滤波单元用于将外部输入给本复合控制系统的给定随动信号中的高频噪声滤除，惯性数字滤波单元的输出接离散卡尔曼滤波与估计单元的输入，由离散卡尔曼滤波与估计单元滤除给定随动信号中每个时刻的随机噪声，得到给定随动信号对应时刻的位置估计值和速度估计值

前馈控制单元：用于将离散卡尔曼滤波与估计单元输出的速度估计值通过前馈校正以得到前馈控制信号，并输入到信号叠加单元；

测量单元：用于采集双轴光电转台的实际位置信号，得到作为反馈信息的位置实际值y(k)，然后输入到计算单元；

计算单元：用于接收测量单元输出的位置实际值y(k)和离散卡尔曼滤波与估计单元输出的位置估计值并计算两者的差值，该差值为双轴光电转台的位置误差e；

切换开关：切换开关内设比较器，比较器用于比较双轴光电转台的位置误差e与事先设定的误差阈值Kc的大小；切换开关根据比较结果择一地连接模糊决策单元和PID控制器；