[发明专利]基于扩张状态观测器的光电稳瞄平台三步线性控制方法

说明书

本发明涉及一种基于扩张状态观测器的光电稳瞄平台三步线性控制方法，其克服了现有技术中光电稳瞄平台稳定性差、目标跟踪速度慢、干扰影响大，算法无法工程化应用的问题。本发明包括以下步骤：首先，建立光电稳瞄平台的状态空间模型。其次，引入类稳态控制率，使系统在平衡点处保持稳定。然后，引入参考动态前馈控制率，增强系统的动态跟踪性能。接着引入状态反馈控制率，进一步减小稳态误差，提高系统动态特性。最后，结合扩张状态控制器，使系统具有更好的鲁棒性和稳定性。

技术领域：

本发明属于先进控制技术领域，涉及一种光电稳瞄平台线性控制方法，尤其是涉及一种基于扩张状态观测器的光电稳瞄平台三步线性控制方法。

背景技术：

光电稳瞄平台是隔离载体运动干扰，保持平台内部的光学载荷稳定的先进战略设备，对目标的观察和跟踪起着十分重要的作用。光电稳瞄平台可与多种载体相结合，例如：与导弹制导装置结合，可以对远距离的军事目标进行精准的打击；与电子对抗武器装备结合，可以有效的实现电子干扰和防御；地面作战时，坦克、战车等车辆在进行瞄准攻击时需要隔离车辆行驶过程中受到的干扰，光电稳瞄平台的应用可以使地面车辆获得一定的稳定跟踪、瞄准能力，使作战人员能够清楚地掌握战场情况从而做出正确的判断；海上作战时，舰船系统中装备的光电稳瞄平台可以减弱由于水面晃动导致的天线波束指向的不稳定性，有利于舰载火控雷达实现对作战目标的跟踪和观测。

光电稳瞄平台广泛应用于导弹、飞机、船舶和车辆等运动载体，由于设备制造时，受到加工工艺的限制，导致平台框架质量不均衡，并且设备长期暴露在外部环境中，易受风阻、振动的影响，导致光学成像系统的图像清晰度下降，甚至无法锁定目标。因此，如何保证光电稳瞄平台具有较高的稳定性是实现目标的精准跟踪和制导的关键。仅仅通过改进精密机械加工和装配等技术并不能完全解决上述问题，还需要在采取有效的控制方案，使光电稳瞄平台系统能够始终保持稳定。

目前，实际应用中的光电稳瞄平台控制方法主要还是以经典的PID控制为主，但已经有很多学者在控制方法的改进上做了大量积极的尝试。控制方法的改进主要从两个方面进行，一是建立在经典控制理论的基础上，针对影响系统稳定性的因素进行补偿或改进。例如为了解决系统中的噪声问题，有学者提出了基于Kalman滤波和小波变换阈值滤波等滤波算法的控制方法，有效提高了控制系统的稳定性能。二是建立在现代控制理论的基础上，对一些先进的控制方法进行了研究与应用，如鲁棒控制、模糊控制、滑模变结构控制、自抗扰控制、自适应控制等。基于经典控制理论的改进方法，有一些已经被应用于实际的机载光电稳瞄平台控制系统中，但这些改进一般只能解决特定的影响因素而无法使光电稳瞄平台获得较高的控制精度和稳定性能。而基于现代控制理论的控制方法往往对被控对象的模型信息依赖性很大，并且实施较为困难，所以大部分仍处于实验研究阶段，还没能广泛的应用于实际系统中。因此，研究一种简单有效的控制策略使光电稳瞄平台可以克服各种因素的影响，提升系统稳定性，实现对目标的快速、稳定地瞄准和跟踪具有重要的实际意义和研究价值。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于扩张状态观测器的光电稳瞄平台三步线性控制方法，其克服了现有技术中光电稳瞄平台稳定性差、目标跟踪速度慢、干扰影响大，算法无法工程化应用的问题，稳定性好，鲁棒性强，便于工程化应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于扩张状态观测器的光电稳瞄平台三步线性控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：将光电稳瞄平台系统传递函数转换成状态空间模型；

步骤二：根据系统稳定状态，设计类稳态控制率；

步骤三：根据设定值不同，设计动态前馈控制率；

步骤四：为了进一步加快系统调节速度，设计误差反馈控制率；

步骤五：为了使系统具有更强的鲁棒性，引入扩张状态观测器，完成控制系统设计。