[发明专利]一种基于非线性PID控制技术的稳瞄伺服控制器的设计

说明书

统稳瞄伺服系统采用经典PID控制；经典PID结构简单，易于工程实现。但经典PID也存在误差线性组合不合理，快速性与超调量之间存在矛盾等缺点。本发明根据稳瞄伺服系统的控制特点，基于经典PID控制算法，提出一种改进的一种基于非线性PID控制技术的稳瞄伺服控制器的设计方法算法用于稳瞄伺服系统的控制，以改进系统的控制性能，提高系统的控制精度。

技术领域

本发明属于伺服控制领域，具体涉及到一种应用于运动载体上的稳瞄伺服系统的控制方法。

背景技术

稳瞄伺服系统一直是国内外科研机构的重点研究对象，被广泛应用于军事、民用等各个领域。稳瞄伺服系统的功能是隔离外界扰动，并解决由于载体颠簸导致的瞄具姿态变化而丢失目标的问题，使稳瞄系统能够精确、稳定地跟踪目标。随着科技的进步与社会的发展，对稳瞄伺服系统的性能要求越来越高，要求稳瞄伺服系统不但要具有很高的稳定精度和很好的动态品质，还要有足够的抗干扰能力，这使得用常规方法已难以满足对稳瞄伺服系统的性能要求，急需寻找新的方法对稳瞄伺服系统进行改进。

国内外专家对稳瞄伺服系统的研究多侧重于控制算法的改进与创新，并提出了大量的控制策略来提高稳瞄伺服系统的性能。有学者提出应用于伺服稳定平台控制的双模控制算法，有学者提出一种稳瞄系统载体扰动补偿模型，又有学者利用模糊控制算法来实现稳瞄伺服系统的位置控制，比如利用模糊控制器在线整定PID控制器参数的控制算法，还有学者提出一种控制光电稳定平台的滑膜自适应控制。这些控制策略对提高稳瞄系统的控制精度有一定的效果，但由于控制算法较复杂，在实际工程应用中受到限制。

传统稳瞄伺服系统采用经典PID控制。经典PID结构简单，易于工程实现。但经典PID也存在误差线性组合不合理，快速性与超调量之间存在矛盾等缺点。本文根据稳瞄伺服系统的控制特点，基于经典PID控制算法，提出一种改进的非线性PID控制算法用于稳瞄伺服系统的控制，以改进系统的控制性能，提高系统的控制精度。

发明内容

本发明的目的在于克服由于稳瞄伺服系统中存在的摩擦力矩、外界扰动所产生的干扰力矩以及直流力矩电机自身的力矩波动引起的干扰问题，提出一种基于非线性PID(NLPID)算法的稳瞄系统伺服控制器的设计方法。将非线性PID控制器应用于稳瞄伺服控制系统的速度环和电流环，减小稳瞄伺服系统的稳态误差，提高系统的抗干扰能力以及抑制直流力矩电机的波动力矩。

实现本发明的技术关键是：当载体受扰颠簸并带动瞄具摆动时，视场中的目标可能会由于瞄具的摆动而消失。陀螺仪能敏感到瞄具在惯性空间中的角速度，并将该角速度信号传送给非线性PID控制器，同时旋转变压器能感应到瞄具相对于惯性空间摆动的角度，并将该角度信号传送给非线性PID控制器。在控制器中经过相应控制算法处理后，通过PWM驱动器产生控制直流力矩电机的电信号，使电机产生相应的力矩，以抵消外界扰动，使目标重新回到视场中原来的位置，达到对目标精确、稳定跟踪的要求。

本发明步骤如下：

1、根据稳瞄伺服系统的性能要求确定系统的控制方案；

2、确定稳瞄伺服系统的控制结构并对各个功能模块建立数学模型；

3、在稳瞄伺服控制系统的电流环中引入非线性PID控制器，以抑制直流力矩电机的波动力矩；

4、利用非线性PID控制算法来设计稳瞄伺服控制系统的速度环控制器，以减小稳瞄伺服系统的稳态误差，提高系统的抗干扰能力；

本发明具有以下有益效果：

本发明在满足稳瞄伺服系统控制精度要求的前提下，将非线性PID控制算法应用于伺服控制系统速度环和电流环控制器的设计当中，有效地减小了稳瞄伺服系统的稳态误差，抑制直流力矩电机的力矩波动；本发明能提高稳瞄伺服控制系统跟踪精度，增强稳瞄伺服控制系统扰动隔离性能，同时还能保证伺服控制器的适应性和鲁棒性。

附图说明