[发明专利]一种舰载光电跟踪平台控制方法

说明书

本发明公开了一种舰载光电跟踪平台控制方法，包括：构建舰载光电跟踪平台的控制对象模型；建立含有扰动的系统状态空间方程；选取扩张状态变量，建立舰载光电跟踪平台的扩张状态空间方程；根据控制量和输出量，建立舰载光电跟踪平台的线性扩张状态观测器，及观测器参数矩阵，得到位置估计值、速度估计值和扩张状态估计值；设计基于分数阶PD控制的状态误差反馈控制律；将观测器和控制器初始参数分别与观测器带宽及控制器带宽相关联，并采用优化算法对观测参数和控制参数进行在线实时优化。本发明具有较强的抗干扰能力，能够有效抑制舰载光电跟踪平台内外扰动，提高目标跟踪精度。

技术领域

本发明涉及光电跟踪平台控制方法，具体涉及一种舰载光电跟踪平台控制方法。

背景技术

舰载光电跟踪平台是利用光电探测和自动控制技术，对目标进行捕捉、定位和跟踪的重要设备之一，广泛用于执行舰载机起降引导、水上侦察打击及激光对抗与通信等任务。舰载光电跟踪平台是在地基平台上发展而来，视轴稳定和目标跟踪是两大核心技术，其中稳定是前提，跟踪是目的。多源扰动是制约舰载光电跟踪平台高精度视轴稳定和目标跟踪的主要原因，包括摩擦、质量不平衡、齿隙和多轴耦合等。由于风浪和水流的影响，舰船会发生横向、纵向与垂向三个平移运动，以及纵摇、横摇与艏摇三个旋转运动。除了抑制自身内部扰动外，舰载光电跟踪平台还要具备隔离舰船摇摆运动的能力，保证视轴在惯性空间内保持稳定。为了实现舰载光电跟踪平台的高精度控制，相关研究围绕着控制结构和控制策略开展。PID作为经典控制算法，应用在各类舰载光电跟踪平台的控制中，但是在动态性能和鲁棒性等方面均无法满足现代舰载光电跟踪平台的高精度控制要求。

针对多源扰动问题，国内外学者通常采用抗扰范式对舰载光电跟踪平台的干扰和不确定进行主动抑制，主要从基于扰动建模的补偿以及总体抗扰两个角度出发进行研究。自抗扰控制通过对舰载光电跟踪平台内部不确定因素和外部扰动的整体辨识，建立扩张状态观测器，并对总体扰动进行实时补偿，具有较强的抗干扰能力，能有效提高舰载光电跟踪平台的控制精度和稳定性。自抗扰控制由跟踪微分器、扩张状态观测器及非线性状态误差反馈控制律三个部分组成。但当三个环节均采用非线性函数时，参数多达12个，而且存在一定耦合，调整过程过于繁琐，不利于工程应用。

因此，为了实现舰载光电跟踪平台的高精度控制及实际工程应用，需要研究一种新的实用控制方法，以满足舰载光电跟踪平台的高精度控制要求。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种具有较强抗干扰能力的舰载光电跟踪平台控制方法，能够有效抑制舰载光电跟踪平台内外扰动，实现舰载光电跟踪平台的高精度稳定跟踪控制。

技术方案：一种舰载光电跟踪平台控制方法，包括如下步骤：

S1：构建舰载光电跟踪平台的控制对象模型，所述控制对象模型为位置环控制对象的传递函数G(s)：

其中，s为拉普拉斯算法，T为系统总的等效时间常数；

S2：考虑舰载光电跟踪平台模型的外部扰动，建立含有扰动w的系统状态空间方程：

其中，x₁为目标位置状态；x₂为速度状态；u为控制量；b为系统不确定量；w为等效外部扰动；

S3：令f＝-x₂/T+bu+w，选取扩张状态变量x＝[x₁,x₂,f]^T，建立舰载光电跟踪平台的扩张状态空间方程：

其中，C＝[1 0 0]；b₀＝1/T；

S4：建立如下扰动观测器：