[发明专利]一种适用于未知输入跟踪系统的改进型双口内模控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于未知输入跟踪系统的改进型双口内模控制方法，用于提升未知输入跟踪系统的跟踪能力和扰动抑制能力，以满足更高精度的跟踪控制需求。标准的双口内模方法要求已知系统的输入信号，因此无法在未知输入跟踪系统中使用。本发明提出一种改进的双口内模控制方法，可以在输入未知的情况下，依然实现双口内模的控制效果，同时提升系统的跟踪能力和扰动抑制能力。本发明突破了标准双口内模控制方法的局限，在输入未知的情况下使用内模控制的思想，有效提升系统的跟踪能力和扰动抑制能力，使未知输入跟踪系统获得更高的跟踪精度。

技术领域

本发明属于跟踪控制领域，具体涉及一种适用于未知输入跟踪系统的改进型双口内模控制方法，主要用于在输入信号未知的情况下，有效提升未知输入跟踪系统的跟踪能力和扰动抑制能力，提升系统的跟踪精度。

背景技术

在现实世界中，有许多跟踪系统是无法获知系统输入的，如雷达跟踪系统，光电跟踪系统等。如文献《近程多基地雷达探测系统中快速跟踪方法研究》(徐洪奎.[D].中国科学院大学.2007)、《面向光电跟踪系统的先进运动控制》(任彦.[M].科学出版社.2017)中所述，这类系统无法获得输入信号，只能通过传感器获得输入信号与输出信号的跟踪误差信号。对于未知输入跟踪系统而言，系统性能指标主要体现在跟踪能力和扰动抑制能力。跟踪能力受到传感器采样频率和跟踪带宽的影响，扰动抑制能力受到外界扰动和系统机械结构的影响。地基未知输入跟踪系统的跟踪精度容易因地面振动和空气流动而降低；安装在运动平台上的未知输入跟踪系统，如在飞机，车辆，轮船，卫星等运动平台上时，会受到安装载体的不规则运动而导致的大量扰动。文献《运动平台中惯性稳定控制技术研究》(夏运霞.[D].中国科学院大学.2013)中提到的标准双口内模控制方法，是一种针对已知输入的一般系统，在闭环负反馈回路的基础上添加内模回路，得到等效的输入前馈和扰动前馈效果，构成等效复合控制的方法。在标准双口内模控制方法中，需要直接将系统输入作为内模控制器的输入信号之一，才能提升系统的跟踪能力。但是在未知输入跟踪系统中，跟踪目标的轨迹往往是不可预测的，只能获得跟踪误差。标准双口内模控制方法提供了一种重要思路，在前馈扰动的同时前馈输入，从而提升系统的扰动抑制能力和跟踪能力。但是受限于未知输入跟踪系统的特殊性，标准双口内模控制方法无法发挥效果，因此亟需一种改进型的双口内模控制方法。

发明内容

为了突破标准内模控制方法在未知输入跟踪系统中的局限性，实现高性能的跟踪和稳定，进一步提升未知输入跟踪系统的跟踪能力和扰动抑制能力，本发明提出了一种适用于未知输入跟踪系统的改进型双口内模控制方法。

标准的双口内模方法如图2所示，其将系统输入信号给到内模控制器G_IMC(s)，可见内模控制器G_IMC(s)的输入信号为f＝r-d，其中r是输入信号，r是扰动信号，进而达到同时提升系统的跟踪能力和扰动抑制能力的效果。但是在未知输入跟踪系统中，如雷达跟踪系统和光电跟踪系统等，是无法直接获知系统的输入信号的，只能获得输入信号与输出信号的误差信号。因此，在未知输入跟踪系统中不能直接使用标准的双口内模方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：一种适用于未知输入跟踪系统的改进型双口内模控制方法，其具体实施步骤如下：

步骤(1)：通过传感器，直接获得未知输入跟踪系统的跟踪误差信号；

步骤(2)：对未知输入跟踪系统进行初级位置闭环，将闭环后的初级位置环作为新控制器C(s)的被控对象G_p(s)；

步骤(3)：根据位置被控对象G_p(s)，设计新的位置控制器C(s)，并再次进行位置闭环；

步骤(4)：根据位置被控对象G_p(s)，设计改进内模控制方法中的

步骤(5)：根据改进型双口内模控制结构，分析内模控制器G_IMC(s)的输入信号，并与标准的双口内模进行对比；