[发明专利]一种基于加速度和位置扰动信息的多扰动观测器三闭环稳定跟踪方法

权利要求书

1.一种基于加速度和位置扰动信息的多扰动观测器三闭环稳定跟踪方法，其特征在于：其具体实施步骤如下：

步骤(1)：在稳定控制平台的X轴及Y轴安装微机电加速度计及微机电陀螺，用以测量平台在惯性空间的角加速度及角速度；CCD摄像机获取稳定控制平台接收到的光信号，从而获得系统的位置信息；

步骤(2)：通过频率响应测试仪对稳定控制平台的加速度被控对象进行频响测试，输入为电压值，输出为加速度计的采样值，通过对输入输出的模型进行对象辨识得到加速度被控对象的被控模型

步骤(3)：实现稳定控制平台的三闭环：根据拟合得到的加速度被控对象设计加速度控制器C_a(s)；通过对加速度闭环的频响测试获得速度对象的被控模型设计速度控制器C_v(s)；再通过对加速度闭环和速度闭环的频响测试获得位置对象的被控模型设计位置控制器C_p(s)，这样就形成了加速度、速度、位置的三闭环系统；

步骤(4)：添加加速度扰动观测器和扰动补偿器：在加速度环内加入被控对象的数学模型是通过频响测试得到的，是对系统实际加速度模型G_a(s)的逼近；G_a(s)的输入是速度控制器的控制量u_a，G_a(s)的输出包含了外界的加速度扰动，而的输出不包含外界扰动，通过将和G_a(s)的输出量相减，可以观测到外界的等效加速度扰动d_a(s)；将观测到的加速度扰动d_a(s)输入到加速度扰动补偿器C_fa(s)中，输出量前馈到加速度控制器C_a(s)的输出量中；

其中，步骤(4)中加速度扰动补偿器的设计形式如下：

其中，T_a为加速度被控对象分母一阶滞后环节内的参数，K_fa,ξ_fa,ω_fa均由设计者决定，与受到的扰动集中的中频段频率5-20Hz有关；

步骤(5)：添加位置扰动观测器：同添加加速度扰动观测器相同，在位置环加入被控对象的数学模型是通过频响测试得到的，是对系统实际加速度模型G_p(s)的逼近；G_p(s)的输入是位置控制器的控制量u_a，这个输出包含了外界的位置扰动，而的输出不包含外界扰动，通过将和G_p(s)的输出量相减，可以观测到外界的等效位置扰动d_p(s)；

步骤(6)：进行位置扰动补偿器的设计：进行C_fp(s)对系统稳定性的分析，用得到的约束条件进行C_fp(s)的参数设计，将设计得到的位置补偿器加入到位置环的扰动观测回路中；观测到的等效位置扰动d_p(s)输入到位置扰动补偿器C_fp(s)中，输出量前馈到位置控制器G_p(s)的输出量中；

其中，步骤(6)中的位置扰动观测器的稳定性约束条件如下：

其中，为对象辨识得到的加速度被控对象模型，为对象辨识得到的位置被控对象模型，C_p,C_v,C_a分别为位置控制器，速度控制器和加速度控制器；

步骤(6)中位置扰动观测器的设计形式如下：

其中，为位置被控对象模型，K_fp,T₁,T₂均由设计者决定，与受到的扰动集中的低频段频率1-5Hz有关。

2.根据权利要求1所述的一种基于加速度和位置扰动信息的多扰动观测器三闭环稳定跟踪方法，其特征在于：步骤(2)中加速度被控对象的数学模型有纯微分环节存在如下：

其中，K_a为加速度被控对象的增益，ω_n为加速度被控对象分母二阶环节的转折频率，ζ为加速度被控对象分母二阶环节内的参数，T_a为加速度被控对象分母一阶滞后环节内的参数，以上四个参数均可由对加速度被控对象的对象辨识得到。

3.根据权利要求1所述的一种基于加速度和位置扰动信息的多扰动观测器三闭环稳定跟踪方法，其特征在于：步骤(5)中位置被控对象模型近似于一个积分环节，其形式如下：