[发明专利]一种基于粒子自抗扰的稳定控制方法及装置

说明书

本发明提供一种基于粒子自抗扰的稳定控制方法及装置，包括：基于系留气球系统动力学模型和速度环控制模型，建立自抗扰控制器模型；速度环控制模型是对系留气球系统的控制系统各执行元件进行理论建模后确定的；采用粒子群搜索算法对自抗扰控制器模型的参数进行寻优，确定最优自抗扰控制器模型。本发明针对系留气球系统作为弱控制飞行器，受风场扰动大、状态稳定性较差，影响光电吊舱稳定成像的问题，利用粒子群搜索算法优化自抗扰控制器，可有效隔离光电吊舱的内外扰动，提高光电吊舱的成像稳定性，在系留气球等浮空器长时驻空、实施对地观测、监视监控等领域的应用方面具有重要意义。

技术领域

本发明涉及飞行器控制技术领域，尤其涉及一种基于粒子自抗扰的稳定控制方法及装置。

背景技术

系留气球具有可长时持续驻空、有效载重大等优点，搭载光电任务载荷系统后，可开展监视监控、对地侦察、遥感观测等不同应用，面对日益迫切的边防、海防、科学探测等应用需求，利用系留气球光电吊舱系统开展区域化精细监测越来越受到重视，未来在国民经济、科学研究与国防领域等将发挥巨大作用。

目前针对光电吊舱稳定控制提出了多种控制方法，如PID控制、变结构控制、自抗扰控制、智能控制、鲁棒控制等算法。现有的光电吊舱控制方法多应用于机载、车载、地基等平台形式，专门针对系留气球等浮空器平台的光电吊舱研发基本处于空白。

目前基于系留气球平台的光电吊舱稳定控制面临诸多限制条件，主要表现在以下几个方面：

1）受限于系留气球本身的结构，系留气球在驻空时易受到风向和风力的变动影响，在横滚、俯仰和偏航三个方向上会出现随机摇摆。难以控制系留气球的姿态，光电吊舱里的传感器视轴指向常常发生随机变动。2）受限于风的影响，当风向变动过快的时候，系留气球平台受到扰动发生转动，为保证跟踪有效，需要电机频繁启停，控制光电传感器的指向，摩擦力矩和风阻力矩变动较大。难以保证快速性的同时具有高的稳定性。3）受限于光电吊舱本身转动轴的转动速度，当风向变动快的时候，系留气球平台受到扰动转动的速度，可能会超过光电吊舱本身转动轴的转动速度，易“丢失”跟踪目标，难以实现稳定的跟踪。

发明内容

本发明提供一种基于粒子自抗扰的稳定控制方法及系统，用以填补现有技术在基于系留气球平台的光电吊舱稳定控制方面的空白。

第一方面，本发明提供一种基于粒子自抗扰的稳定控制方法，包括：

基于系留气球系统动力学模型和速度环控制模型，建立自抗扰控制器模型；所述速度环控制模型是对所述系留气球系统的控制系统各执行元件进行理论建模后确定的；

采用粒子群搜索算法对所述自抗扰控制器模型的参数进行寻优，确定最优自抗扰控制器模型，以利用所述最优自抗扰控制器模型实施光电吊舱的稳定控制。

根据本发明提供的一种基于粒子自抗扰的稳定控制方法，所述系留气球系统动力学模型是由系留气球的瞬态运动方程、锚泊点的边界条件、主节点边界条件、系留气球的稳态运动方程以及系缆的差分耦合动力学方程组成。

根据本发明提供的一种基于粒子自抗扰的稳定控制方法，所述系留气球的瞬态运动方程的表达式为：

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所述锚泊点的边界条件的表达式为：

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所述主节点边界条件的表达式为：

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所述系留气球的稳态运动方程的表达式为：

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设系缆的动力学方程的表达式为：

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则所述系缆的差分耦合动力学方程的表达式为：