[发明专利]一种基于滑模自抗扰控制的转镜伺服控制系统

权利要求书

1.一种基于滑模自抗扰控制的转镜伺服控制系统，其特征在于：包括高速相机、上位机、滑模自抗扰控制器、驱动器、直流电机、转镜；

所述高速相机，用于通过转镜的反射镜片捕捉到模拟发射器发射出的模拟目标，采集图像信息；

所述上位机，用于通过图像算法对由所述高速相机采集的图像信息进行处理，得到下一帧的位置角信号，将位置角信号发送给所述滑模自抗扰控制器；

所述滑模自抗扰控制器，以下一帧的位置角信号作为输入量，转镜反馈的位置角信息作为反馈量，所得输出控制信号至所述驱动器；

所述驱动器，用于接收所述滑模自抗扰控制器的控制信号，并进行放大来驱动所述直流电机；

所述直流电机，用于接收所述驱动器的控制信号，并将自身速度反馈给所述驱动器；

所述转镜，设置在所述直流电机的输出轴上，用于反馈自身的位置角信息给所述滑模自抗扰控制器；

所述直流电机接受直流电机反馈的转速信号，通过脉宽调制，实现直流电机转速调节，进而实现转镜的速度闭环控制；

所述滑模自抗扰控制器包括跟踪微分器、滑模-扩张状态观测器、滑模-非线性误差反馈控制律；

所述跟踪微分器，用于安排过渡过程，解决快速响应与超调之间的矛盾以及提取参考输入的准确的微分信号；

所述滑模-扩张状态观测器，用于设计代替非线性函数fal(e,α,δ)的滑模最优控制函数H(e)，进而对扰动进行观测；

所述滑模-非线性误差反馈控制律，用于描述转镜反馈的位置角信息与上位机处理得出的目标位置角信息之间的函数关系，获得更有效的误差反馈控制律；

所述滑模-扩张状态观测器的表达式如下：

其中，e₁为位置角跟踪误差；z₁为移动目标位置角θ₀的跟踪信号；z₂为移动目标位置角θ₀的微分信号；z₃为系统总扰动的观测信号；b为补偿因子；α₁为SM-ESO的增益；函数H₁(e)为基于扩张状态观测器的滑模最优控制函数，其中e＝(e₁,e₂)，e₂为角速度跟踪误差；

设计基于趋近律的滑模最优控制函数H₁(e)的过程如下：

S1：构造系统的滑模面函数：

s＝c₁e₁+e₂

其中，c₁为滑模面参数，且c₁＞0；调节c₁的大小可以调节状态趋近于零的速度，c₁越大，调节速度越快；

S2：由转镜的位置角跟踪误差e₁和角速度跟踪误差e₂对应的误差方程可得：

其中D为有界函数；

设计基于趋近律的滑模最优控制函数H₁(e)为：

H₁(e)＝-c₁e₂-p₁ sgn(s)-q₁s

式中，p₁为等速趋近项系数、q₁为指数趋近项系数，且p₁、q₁＞0；

所述滑模-非线性误差反馈控制律的表达式如下：

其中，v₁为θ₀的跟踪信号；v₂为v₁的微分信号，ε₁、ε₂分别为跟踪过度过程的误差信号和误差微分信号，α₂为SM-NLSEF的增益，函数H₂(ε)为基于非线性误差反馈控制律的滑模最优控制函数，其中ε＝(ε₁,ε₂)；

采用基于趋近律的滑模控制函数H₂(ε)对其进行非线性组合，令

构造滑模面函数：

s＝c₂ε₁+ε₂

对其进行求导得：

式中，c₂为滑模面参数，且c₂＞0；选取指数趋近律，其表达式如下：

故可得基于趋近律的滑模非线性函数H₂(ε)，其表达式为：

H₂(ε)＝-p₂ sgn(s)-q₂s

式中，p₂为等速趋近项系数、q₂为指数趋近项系数，且p₂、q₂＞0。

2.根据权利要求1所述的一种基于滑模自抗扰控制的转镜伺服控制系统，其特征在于：所述跟踪微分器的表达式如下：

其中，θ₀为上位机给出的实时输入信号；h为积分步长；h₀为滤波因子；n为滤波系数；r₀为跟踪速度因子；fhan(v₁,v₂,r₀,h₀)为最速综合控制函数，表达式如下：