[发明专利]一种基于跟踪和扰动前馈的快反镜控制方法

说明书

本发明公开了一种基于跟踪和扰动前馈的快反镜控制方法。针对基于光纤陀螺和CCD传感器的快反镜双闭环跟踪稳定控制中，跟踪精度不够，抗扰能力不足的问题，该方法在基于速度和位置闭环的基础上，通过联合CCD的输出和速度闭环模型的输出，构造了一个包含目标和扰动信息的合成速度，前馈到系统中，同时实现了跟踪前馈和扰动前馈，提升了系统在低频的跟踪和抗扰性能。该方法是从控制结构对系统进行改进，在反馈控制的基础上结合前馈方法充分挖掘传感器的能力，在不外加任何硬件的情况下，提升系统性能。

技术领域

本发明属于光电跟踪平台惯性稳定控制领域，具体涉及一种基于跟踪和扰动前馈的快反镜控制方法，主要提高系统的低频跟踪和抗扰性能，从而提升系统在复杂扰动环境下的跟踪精度。

背景技术

在光电跟踪系统中，相比体积和转动惯量大的机架，快反镜惯性小，线性度好，带宽高，因此广泛用于复合轴跟踪系统中。基于运动平台的快反镜系统不仅要用于跟踪目标运动，还要实时抵消平台基座传递的扰动。在控制方式上，由于CCD存在延时，带宽低，往往在基于CCD的位置环里，添加一个基于光纤陀螺的速度内环，利用高精度高帧频的陀螺改造系统的传递特性，提升系统的跟踪和抗扰能力。文献《Implementation of a Low-costFiber Optic Gyroscope for a Line-of-Sight Stabilization System》(Journal ofInstitute of Control,Vol(21),2015) 利用光纤陀螺提升了系统的稳定性能，但是随着应用的拓展，基于反馈控制的快反镜跟踪稳定系统，并不能满足我们对跟踪性能和抗扰能力的要求，尤其是目标的运动信息主要分布在低频的情况下。

发明内容

针对当前基于光纤陀螺和CCD的快反镜控制系统中跟踪和抗扰性能不足的问题，本文提出了将CCD的输出信号微分后，与延时后的速度给定信号叠加后得到包含了目标和扰动信息的合成速度，由于CCD延时对低频信号的影响很小，可以把合成速度的低频分量直接前馈到闭环系统中，提升系统低频的跟踪和抗扰性能。

为实现本发明的目的，本发明提供一种基于跟踪和扰动前馈的快反镜控制方法，其具体实施步骤如下：

步骤(1)：在快反镜平台的两偏转轴上分别安装光纤陀螺，用以分别测量平台两轴在惯性空间运动的角速度；

步骤(2)：通过频率响应测试仪获取平台的速度对象特性模型由于快反镜的线性度很高，它是真实对象G_v(s)的高度近似；

步骤(3)：在得到被控对象速度模型基础上，设计速度控制器C_v(s)实现速度闭环控制，然后在CCD位置环设计位置控制器C_p(s)，实现位置闭环，这样就完成了速度和位置双闭环控制；

步骤(4)：在位置环前向通路中搭建前馈结构，将CCD的输出信号微分后，与延时后的速度给定信号相加得到包含了目标和扰动信息的数据，此数据作为前馈控制器Q₁的输入，设计前馈控制器Q₁，实现跟踪和扰动前馈。

其中，步骤(2)中首先根据快反镜的结构机理对建模如下：

其中，包含了微分环节，振荡环节和惯性环节，K为模型增益，为自然振荡频率，ξ为阻尼系数，T_e为电气时间常数，通过频率响应测试仪测量平台的波特响应曲线，调整参数使拟合的曲线和仪器测得的曲线重合，得到平台的速度模型。

其中，步骤(3)中速度控制器C_v(s)补偿振荡环节并补偿速度对象微分，其模型参考如下：