[发明专利]一种运动平台复合轴光电跟踪系统精稳定扰动解耦方法

说明书

本发明提供一种运动平台复合轴光电跟踪系统精稳定扰动解耦方法，主要用于解耦粗跟踪机架陀螺信息中的目标运动信号和扰动信号，估计出机架粗稳定和粗跟踪共同作用之后的残余扰动量，利用跟踪镜抑制解耦出来的残余扰动。跟踪机架包含粗跟踪和粗稳定回路，建立粗稳定回路模型为G_M(s)。将粗跟踪回路控制量同时作为粗稳定回路和其模型G_M(s)的输入，将二者输出相减得到粗稳定剩余扰动df(s)，再将df(s)乘以粗跟踪误差传递函数W(s)，得到粗稳定和粗跟踪作用之后的剩余扰动d₂(s)。将解耦出来的d₂(s)前馈控制到跟踪镜就构成了精稳定，从而提高系统扰动抑制能力。本发明不需要增加额外的传感器，简单有效，工程实现容易。

技术领域

本发明属于惯性稳定控制领域，具体涉及一种运动平台复合轴光电跟踪系统精稳定扰动解耦方法。

背景技术

运动载体上的光电系统视轴会受到载体扰动的影响，因此，必须建立稳定控制分系统，隔离载体扰动，使系统视轴不受扰动的影响。目前常用的惯性稳定控制方案是在跟踪机架上安装惯性速率传感器，机架采用惯性速率传感器反馈闭环。但是由于机架惯性大，机架速度稳定回路带宽低，扰动抑制能力有限；而高精度的惯性传感器体积大、重量大、成本高，不便于安装在快反镜上。因此，利用机架惯性传感器测量的扰动信息前馈控制到快反镜，构成精稳定控制是一种有效的途径。但是，对于复合轴光电跟踪系统来说，机架实现对目标的粗跟踪和对扰动的粗稳定，机架惯性传感器测量信号包含目标运动信息和扰动信息。如何从机架惯性传感器信息中解耦得到粗稳定和粗跟踪抑制之后剩余的扰动信号是精稳定控制的关键，保证精稳定控制既能提高系统扰动抑制能力，而又不降低系统对目标的跟踪能力。一种常用的精稳定扰动解耦方法是采用高通滤波法，此种方法的优点是简单，但是会损失低频段扰动信息，且造成滤波后剩下的扰动信号低频部分相位超前，从而使得二级稳定有效的扰动抑制频段很窄。另外一种方法是基于内模原理对角速度信号直接解耦，获取到的信号已滤除掉了目标信息，但是这种方法获得的是机架粗稳定回路抑制剩余扰动，并没有滤除掉粗跟踪回路扰动抑制能力，如果将这种方法获得的扰动直接用于精稳定控制，虽然提高系统在中频段的扰动抑制能力，但是在低频段会损失掉粗跟踪回路对扰动的抑制能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种运动平台复合轴光电跟踪系统精稳定扰动解耦方法，用于解耦机架惯性传感器中粗稳定和粗跟踪作用之后剩余的扰动信息，将解算得到的扰动前馈到快反镜构成精稳定，以获得高精度的视轴稳定结果。

本发明解决上述技术问题提供的技术方案为：一种运动平台复合轴光电跟踪系统精稳定扰动解耦方法，该方法的步骤如下：

步骤(1)、机架控制包含速度回路和跟踪回路，速度回路由安装在机架方位轴和俯仰轴上的角速度陀螺反馈闭环，跟踪回路由粗图像探测器反馈闭环。机架速度回路作为复合轴系统的粗稳定回路，机架跟踪回路为复合轴系统的粗跟踪回路。粗稳定回路的闭环特性为：建立粗稳定回路模型G_M(s)，其中：C₁(s)为粗稳定回路控制器，P₁(s)为真实机架速度特性，P_M(s)为机架速度特性模型，P₁(s)＝P_M(s)+ΔP(s)。

步骤(2)、将粗跟踪回路控制量u_CTrack(s)同时作为粗稳定回路和其模型G_M(s)的输入信号，将陀螺A、E测得的机架真实速度与速度回路模型G_M(s)的输出相减得到df(s)，其中：u_CTrack(s)为机架粗跟踪回路控制量；d(s)为外部扰动。由于将跟踪机架陀螺闭环整体特性当作扰动解耦的被控对象，减小了机架自身特性变化对扰动解耦精度的影响，即：一般设计C₁(s)P_M(s)的值比较大，则G₁(s)-G_M(s)＝ΔP(s)，因此就代表了机架粗粗稳定回路抑制之后的剩余扰动量；