专利名称：一种运动载体光电跟踪稳定平台的控制方法
技术领域：
本发明属于光电跟踪的技术领域，具体的涉及一种运动载体光电跟踪稳定平台控制方法，用于实现提高系统低频段的增益以提高系统稳定精度。
背景技术：
针对运动载体上的ATP系统，载体的运动、抖动以及外界环境对载体的干扰等都可以通过轴承摩擦耦合到跟踪平台上造成跟踪瞄准线(LOS)的晃动，引起图像模糊而影响提取目标脱靶量精度，导致跟踪性能下降，因此必须建立稳定分系统，将跟踪传感器的视轴与基座的运动和震动等相隔离，使稳定分系统的负载稳定在固定的惯性空间方向。运动载体上光电稳定平台控制的难点是既要求系统对输入信号有很强的跟随能力，又要求系统对扰动有很强的抑制能力。如何提高惯性稳定平台的性能，目前大多采用经典的控制技术。一种常用的方法是在系统中添加测速机等能够测量扰动信息的传感器，构成双速度环控制。该方法能在一定程度上提高系统对扰动的抑制能力，但需要添加额外的传感器且无法改善系统对建模误差的鲁棒性。李嘉全等人在文献《基于速度信号的扰动观测器及在光电稳定平台的应用》(《光学精密工程》，2011，19(5)，pp998-1004)中提出了在闭环控制系统中引入基于速度信号的扰动观测器提闻系统的扰动抑制能力，此方法对扰动抑制能力有所提闻但不能提闻系统的跟随能力。进几年，各种现代控制方法在光电跟踪稳定平台系统中的应用也受到了关注。如变结构控制、神经网络、模糊控制、模型参考自适应控制等。这些方法均在某些方面能改善系统的性能，但因算法复杂或计算量大或实时性不够高等原因不利于工程实现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术不足，在不增加额外传感器的情况下，通过控制算法的改进，由内模控制和经典负反馈控制构成等效复合控制，从而达到提高稳定平台的稳定精度。本发明解决上述的技术问题采用的技术方案为一种运动载体光电跟踪稳定平台的控制方法，其具体步骤如下步骤⑴建立运动载体光电跟踪稳定平台控制系统，该系统包括一个提供扰动的摇摆台和一个稳定平台，将陀螺安装在稳定平台上；扰动台和稳定平台由各自的力矩电机直接驱动；步骤(2)针对伺服系统稳定平台，设计高带宽的电流环反馈回路，以保证其力矩电机可以具有足够快的力矩响应；步骤(3)建立对象模型，所述对象为稳定平台力矩电机和转台负载，开启扰动电机和稳定电机，用动态信号分析仪测试对象的频率特性，经拟合得到对象传递函数，将此传递函数设为控制系统内部模型；
步骤(4)采用低通滤波器对陀螺输出信号进行滤波；步骤(5)采用两步法设计内模控制器Gime(S)，内模控制器Gime(S)中的低通滤波器取为I型滤波器；步骤(6)在内模控制的基础上添加并行负反馈回路构成双口内模控制，从而整个控制系统控制结构是等效复合控制，通过对第二个控制口的设计提高系统的低频增益，将第二个控制器C2 (s)设计为PI控制器，这样控制系统变为2型系统。优选的，所述的控制方法可以用于一维稳定平台，也可用于多维稳定平台。优选的，所述的内模控制方法和双口内模控制方法也适用于非运动载体上的光电跟踪稳定平台控制。本发明的技术方案所具有的益处是
I、本发明相对于常规前馈+反馈的复合控制需要额外的传感器，本发明采用改进控制算法构成等效复合控制，不需要额外的传感器，提高系统的低频增益达到提高系统的精度。2、本发明相对于常规复合控制，本发明在系统中引入了内部模型，并通过内模控制的局部反馈克服系统对建模误差的影响，提高了系统对建模误差的鲁棒性。3、本发明相对于神经网络、模糊自适应控制等现代控制方法，本发明技术简单，对微处理器性能要求较低，便于工程应用。
图I为本发明的运动载体光电跟踪稳定平台系统结构示意图；图2为本发明的运动载体光电跟踪稳定平台控制方法结构图；图3为本发明的运动载体光电跟踪稳定平台系统控制结构图；图4为实测被控对象频率特性和拟合被控对象频率特性；图5为采用PI控制和采用双口内模控制(2-port IMC)对输入信号的跟随误差对比；图6为采用PI控制和采用双口内模控制(2-port IMC)对扰动的抑制性能对比。图7为采用PI控制和采用双口内模控制(2-port IMC)对4Hz输入信号的时域跟随误差对比。其中(a)为PI对输入跟随误差，(b)为2-port MC对输入跟随误差，(c)为PI和2-port MC对输入跟随误差功率谱对比。
具体实施例方式以下结合附图，说明本发明的实施例，但以下的实施例仅限于解释本发明。下面以如图I所示的某光电跟踪一维稳定平台为例进行说明。本发明的具体实施步骤如下步骤(I)本伺服系统由两台单轴转台构成，位于下面的是扰动台，用于提供扰动角速度，位于上面的是一维稳定平台，将陀螺安装在稳定平台上；扰动台和一维稳定平台由各自的力矩电机直接驱动。本实施例所述伺服系统采用DMM16T采集板+PC104/Sro2C嵌入式系统，采样频率为1000Hz，采用CS-ARS-12速率陀螺。步骤(2)针对伺服系统稳定平台，设计高带宽的电流环反馈回路，以保证其力矩电机可以具有足够快的力矩响应。设计电流控制器
权利要求
1.一种运动载体光电跟踪稳定平台的控制方法，其特征在于其具体步骤如下 步骤(I)、建立运动载体光电跟踪稳定平台控制系统，该系统包括一个提供扰动的摇摆台和一个稳定平台，将陀螺安装在稳定平台上；扰动台和稳定平台由各自的力矩电机直接驱动； 步骤(2)、针对伺服系统稳定平台，设计高带宽的电流环反馈回路，以保证其力矩电机可以具有足够快的力矩响应； 步骤(3)、建立对象模型，所述对象包括稳定平台电机及其平台负载，开启扰动电机和稳定电机，用动态信号分析仪测试对象的频率特性，经拟合得到对象传递函数，将此传递函数设为控制系统内部模型； 步骤(4)、采用低通滤波器对陀螺输出信号进行滤波； 步骤(5)、采用两步法设计内模控制器Ginrc(S),内模控制器Ginrc(S)中的低通滤波器取为I型滤波器； 步骤￠)、在内模控制的基础上添加并行负反馈回路构成双口内模控制，从而整个控制系统控制结构是等效复合控制，通过对第二个控制口的设计提高系统的低频增益，将第二个控制器C2(S)设计为PI控制器，这样控制系统变为2型系统。
2.根据权利要求I所述的一种运动载体光电跟踪稳定平台控制系统，其特征在于所述的控制方法可以用于一维稳定平台，也可用于多维稳定平台。
3.根据权利要求I所述的一种运动载体光电跟踪稳定平台的控制方法，其特征在于所述的内模控制方法和双口内模控制方法也适用于非运动载体上的光电跟踪稳定平台控制。
全文摘要
本发明提供一种运动载体光电跟踪稳定平台控制方法，该方法采用整体稳定方式；设计高带宽的电流环；建立对象数学模型，用动态信号分析仪测试对象频率特性，经拟合得到对象传递函数Gm(s)；根据建立的对象模型，采用两步法设计内模控制器Gimc(s)，通过调节内模控制器Gimc(s)的参数ε使系统获得强鲁棒性；在内模控制的基础上添加一并行控制回路，构成双口内模控制，通过对第二个控制口的设计提高系统的低频增益以提高系统的精度。本发明不需要额外的传感器，通过控制算法的改进构成等效复合控制。本发明该方法控制结构简单，便于工程实现，大大提高了光电跟踪稳定平台的稳定精度。
文档编号G05B13/04GK102621890SQ20121009062
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者于伟, 包启亮, 夏运霞, 李志俊 申请人:中国科学院光电技术研究所