[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

说明书

本发明公开了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，主要解决稳定控制平台中存在中频和低频外界扰动，从而影响平台稳定性及跟踪精度的问题。本发明在传统三闭环系统的基础上增加了加速度扰动观测器和位置扰动观测器，有效地提高了系统中频和低频的扰动抑制能力。同时，本发明给出了加速度扰动补偿器和位置扰动补偿器的设计方案，这种方法能在保证系统稳定性的基础上提高稳定控制平台的抗干扰能力。这种扰动观测方法不需要额外的传感器，不增加系统成本，将观测到的扰动进行前馈补偿，在工程中实现容易。

技术领域

本发明属于稳定控制平台领域，具体涉及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平台，主要用于增强系统的抗干扰能力，同时可以提高系统的鲁棒性和跟踪性能。

背景技术

稳定控制平台中如果不采用减振措施，在振动环境下产生的视轴抖动会导致图像动态变形、成像像质不均匀、对比度变差、图像模糊以及清晰度下降等问题。成像质量的下降会导致系统闭环带宽和跟踪精度的下降，从而导致跟踪目标的丢失。因此提高系统的扰动抑制能力，是使机载电视图像具有高质量的稳定跟踪能力，并减小由于颤振引起的图像模糊，提高成像质量的关键。系统机械谐振，传感器噪声漂移和摩擦、风阻、不平衡等干扰力矩带来的外部振动是稳定控制系统扰动抑制能力受到限制的主要因素，因此稳定控制平台若想提高自身的抗扰能力，需对扰动源进行观测和补偿。传统的稳定控制平台采用加速度环，速度环，位置环的多闭环控制结构来提高系统的抗干扰能力。文献《MEMS InertialSensors-Based Multi-Loop Control Enhanced by Disturbance Observation andCompensation for Fast Steering Mirror System》(sensors，Vol(16)，2016)将传统扰动观测器引进到加速度环，基于惯性回路进一步提升了系统的扰动抑制能力。但这种方法并不能提高稳定控制平台的低频扰动抑制能力，甚至对比传统的多闭环结构，其低频抗干扰能力更差。因此为了同时提高系统的中频和低频的抗干扰能力，需要提出更有针对性的抗干扰方法。

发明内容

针对稳定控制平台在低频和中频抗干扰能力不足这一问题，本发明提出了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。本方法在传统的三闭环结构的基础上，加入了加速度扰动观测器和位置扰动观测器，通过对观测到的扰动量进行前馈补偿来达到抗干扰的目的。通过数学分析给出扰动补偿器的约束条件，并且实验证明了此种方法能有效提高系统的低频和中频的抗干扰能力，增强系统的鲁棒性。此种方法在工程上易于实现，不需要增加额外的传感器来观测扰动，有利于降低系统成本。

为实现本发明的目的，本发明提供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，其方法步骤如下：

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。