[发明专利]一种结合bang-bang控制与无超调预测控制的光电设备快速调转方法

说明书

本发明公开了一种结合bang‑bang控制与无超调预测控制的光电设备快速调转方法，该方法结合了bang‑bang控制在大范围调转速度快的优势以及调转后程使用无超调预测控制，以缩短系统的调转时间并且能使目标捕获与跟踪状态平稳切换。系统接收到引导信号并通过bang‑bang控制驱动电机以最大驱动力调转，在接近目标时切换为无超调预测控制快速接近目标并满足目标捕获条件。该方法是从最小时间控制问题上对系统进行优化，充分发挥了bang‑bang控制在大范围调转速度快的优势，以及无超调预测控制能时系统在有限时间内快速进入稳态的特点，使得系统位置进入误差带时不产生振荡，使两种控制方法优势互补，在不增加成本的情况下，提升了光电设备全过程调转的快速与稳定性。

技术领域

本发明属于光电跟踪系统的快速调转领域，具体涉及一种结合bang-bang控制与无超调预测控制的光电设备快速调转方法，主要用于缩短系统调转时间，从而进一步保证目标图像捕获条件，增强了光电跟踪系统在快速调转时的性能。

背景技术

为了适应现代化光电设备跟踪目标时，要求在目标出现方位随机的环境下，设备在尽可能短的时间内调转到目标位置，满足图像捕获条件，并保持稳定跟踪，因此设备调转能力直接影响到目标跟踪的能力。要达到快速调转的目的，要求光电设备不仅在大行程中保证稳定性与快速性，也要在即将进入目标跟踪阶段时保证稳定性与精确性，具体体现为目标快速稳定进入电视视场范围并被图像算法捕获，因此光电设备快速调转的核心是在保证稳定和精确度下的快速调转。光电设备快速定位捕获跟踪目标，采用bang-bang控制能实现最短时间调转，而单bang-bang控制在精确定位时容易出现抖振现象，目前主要控制方式为大角度调转采用非线性bang-bang控制，引导位置误差较小时，切换为线性控制。非线性控制策略中，bang-bang控制在有极大优势，同时，大多数研究系统稳定性的内容中主要是关于参数的优化而非动态特性方面的考虑，因此在算法切换过程中采用带有快速无超调能力的TD控制可以同时保证传感器切换过程的平稳性和快速性，适合用于设备快速调转控制。

发明内容

针对基于光电设备调转过程使用bang-bang控制在误差较小时导致系统不稳定的问题，本文提出了通过结合bang-bang控制与无超调预测控制的方法，在系统接收到引导信号时，通过bang-bang控制驱动电机以最大驱动力调转，在接近目标时切换为无超调预测控制快速接近引导位置并满足目标捕获条件，利用bang-bang控制调转速度快和无超调预测控制能使系统快速切换至跟踪阶段的特点，以实现光电跟踪平台既稳又快的目标捕获控制。

为实现本发明的目的，本发明提供一种结合bang-bang控制与无超调预测控制的光电设备快速调转方法，其具体实施步骤如下：

步骤(1)：通过频率响应测试仪获取平台的速度对象模型G_v(s)。本发明所使用的力矩电机线性度好，调速范围宽、快速响应能力强并且在低速时，稳定性强，跟踪精度高，根据物理机理建模可以得到系统的参数模型，然后通过扫频法，确定模型参数，可以得到系统高度近似的速度传递函数模型G_v(s)。

步骤(2)：在得到被控对象速度模型G_v(s)的基础上，设计速度控制器C_v(s)实现闭环控制，然后在CCD位置环设计位置控制器，实现位置闭环，完成速度和位置双闭环控制。

步骤(3)：在获得引导位置后，系统通过bang-bang控制加速，此时位置环闭环。

步骤(4)：在接近目标引导位置后，变为快速无超调控制，使得目标迅速到达引导位置并具备捕获条件。

其中，步骤(1)中根据平台构造机理对G_v(s)建模如下：