[发明专利]位置指令修正控制器及光电跟踪系统

说明书

本发明涉及一种位置指令修正控制器及光电跟踪系统，属于交流电机控制技术领域，解决了光电跟踪系统在目标捕获和位置调转过程中，由于速度和加速度限幅而引起位置误差积分导致位置振荡超调的问题，本发明的位置指令修正控制器接收给定位置指令，并根据位置指令修正控制器的控制模型和改进最优时间控制方法对给定位置指令进行快速跟踪和修正，输出修正位置指令，由于位置指令修正控制器基于位置指令修正控制器的控制模型和改进最优时间控制方法对给定位置指令进行跟踪和修正，并以光电跟踪系统的速度限幅和加速度限幅为限幅要求，因此输出的修正位置指令包含了速度和加速度限幅信息，可有效提高光电跟踪系统在目标捕获和位置调转时的位置控制性能。

技术领域

本发明涉及交流电机控制技术领域，特别是涉及一种位置指令修正控制器及光电跟踪系统。

背景技术

近年来交流永磁同步电机因其结构简单、效率高、调速性能好、运行可靠等优点在光电跟踪系统中得到了广泛的应用。光电跟踪系统要完成对目标的跟踪观测和测量，首先要对目标进行捕获。当目标出现在光电跟踪系统的捕获探测器视场后，伺服系统应迅速反应，由电机驱动跟踪轴运动，将目标拉入视场的中心完成目标捕获。目标捕获是光电跟踪系统进行稳定跟踪测量的前提。此外，光电跟踪系统在切换跟踪任务时还需经常调转视轴，进行位置调转。但是，通常情况下，由于光电跟踪系统具有一定的转动惯量，并且电机的驱动能力有限，因此在实际的控制系统中需对系统的速度和加速度进行限幅处理。这种限幅处理带来的问题是，当光电跟踪系统进行目标捕获和位置调转时，往往会因为系统的限幅措施导致位置误差积分，位置响应出现振荡超调。位置响应的振荡超调对于光电跟踪系统的目标捕获和位置调转来说是十分不利的，特别是在进行目标捕获时，位置响应出现超调会导致目标在视场中抖动，甚至逸出视场，严重影响目标捕获性能。

解决上述问题可以有两个角度，一是从控制的角度，设计更优的位置和速度控制器，提高系统的位置响应性能；二是从输入指令的角度，可以在位置控制器之前，设计一个位置指令修正环节，依据速度和加速度信息将给定位置指令进行整形修正。经过修正的给定位置指令已然包含了系统限幅信息，会大大衰减位置误差积分引起的振荡和超调。本发明从第二个角度来解决上述问题，仅需设计位置指令修正控制器，不使用时将其关闭即可，无需改变控制结构。位置指令修正控制器的核心是依据系统限幅信息，以最快速度跟踪给定位置指令，输出修正位置指令。

对于控制信号输出受限情况下双积分系统的快速定位跟踪问题，最优时间控制方法是一个很好的解决思路。但是，传统的最优时间控制方法鲁棒性较差，较小的扰动便会引起控制信号振颤和系统抖振。这是因为传统的最优时间控制方法中，其最优控制律和最优轨迹的函数中均含有符号函数。符号函数引起的问题就是，较小扰动引起的跟踪误差就会引起最优控制律来回切换；此外，由于光电跟踪系统都具有惯性，系统状态在到达最优轨迹时，速度不一定为零，可能会在最优轨迹的两边来回抖动，同样导致控制信号切换，引起系统抖振。传统最优时间控制方法存在的另一问题是，其控制律仅可以针对系统快速定位，也就是对阶跃信号进行快速跟踪，而对于斜坡信号无法实现准确的跟踪，也就无法满足系统对运动目标捕获时对其位置指令的准确跟踪修正，这是因为对于进行目标捕获时的光电跟踪系统来说，相当于跟踪一个位置与斜坡信号相加的复合信号。因此，需要对传统最优时间控制方法进行改进设计，以解决上述两个问题，并基于改进最优时间控制方法构造位置指令修正控制器，实现对给定位置指令的有效跟踪和修正。

发明内容

本发明针对光电跟踪系统在速度和加速度限幅条件下，在目标捕获和位置调转时出现位置振荡超调的问题，提供一种位置指令修正控制器及光电跟踪系统。

此外，针对传统最优时间控制方法鲁棒性差、存在抖振以及无法跟踪斜坡信号等问题，本发明对最优轨迹和最优控制律进行改进设计，基于改进最优时间控制方法设计位置指令修正控制器，以实现对给定位置指令的快速跟踪和修正。

为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：