本发明专利技术提供了一种非线性驱动惯性稳定跟踪控制系统，主要用于解决运动平台发射装置在多传感器采样、非线性驱动下的稳定跟踪控制问题。本发明专利技术利用参数辨识和多项式逼近得到非线性补偿器F1，并在跟踪控制器中设计非线性补偿器，进行线性化处理。对实际架位信息进行人为延迟后进行降采样率设计得到与视线角偏差匹配的架位信息，经过目标预测和插值器提升采样率，使进入跟踪控制系统的输入与系统的控制周期匹配。对跟踪控制系统进行离线系统辨识得到跟踪前馈控制器F2，将目标架位信息求导后与稳定回路的补偿角速度做差后进入跟踪前馈控制器。该方法有效地解决了多采样率、非线性驱动导致的稳定跟踪性能衰减，提高了系统的跟踪精度。
【技术实现步骤摘要】
变采样率非线性驱动惯性稳定跟踪控制系统及方法
本专利技术涉及一种非线性驱动惯性稳定跟踪控制系统及其控制方法，属于运动平台发射装置跟踪瞄准系统的建模与控制
技术介绍
随着系统对反应时间的要求越来越高，发射装置随运动平台在行进中发射的应用需求强烈。传统的发射装置采用驻停发射，不涉及到惯性稳定跟踪控制，而行进中发射的系统除了具备惯性稳定的特点外，还需具备良好的跟踪能力。惯性稳定和快速跟踪是这类系统需要解决的主要问题之一。发射装置跟踪瞄准系统的特点是惯量大，系统谐振频率低，传动误差链复杂。为进行有效布局，高低方向采用电动缸驱动的发射装置被应用，经电机、减速器和丝杠构成的驱动系统具有典型的非线性特点。此外，系统的视线角偏差采样具有低采样率、大延迟的特点，与架位信息的高采样率、高实时性的特点不匹配，需要进行匹配设计。上述特点影响跟踪瞄准系统的跟踪性能。在传统的稳定跟踪瞄准系统设计中，将多数系统近似为线性系统、相同采样率进行处理，通过捷联解耦可以直接得到惯性稳定控制律。在这类非线性驱动、多采样率系统中，若直接应用上述方法将影响稳定控制系统的性能，需着重对上述问题的影响进行分析和解决。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种变采样率非线性驱动惯性稳定跟踪控制系统和控制方法。根据本专利技术提供的一种变采样率非线性驱动惯性稳定跟踪控制方法，包括：将实际架位(θ，β)隔离到载体坐标系下角速度反馈回路外，对实际架位(θ，β)进行离线参数辨识，利用多项式进行逼近，将得到的多项式施加到前馈补偿上；θ表示实际架位中的方位角；β表示实际架位中的俯仰角。根据本专利技术提供的一种变采样率非线性驱动惯性稳定跟踪控制系统，包括：控制模块：将实际架位(θ，β)隔离到载体坐标系下角速度反馈回路外，对实际架位(θ，β)进行离线参数辨识，利用多项式进行逼近，将得到的多项式施加到前馈补偿上；θ表示实际架位中的方位角；β表示实际架位中的俯仰角。优选地，将瞄准装置实际架位(θ，β)的导数：即瞄准装置角速度隔离到角速度反馈回路外，利用驱动电机的角速度进行载体坐标系下的角速度闭环，利用瞄准装置的角速度与驱动电机的角速度对瞄准装置的非线性驱动关系进行离线参数辨识，利用多项式进行逼近，将得到的与架位相关的多项式求逆的结果施加到前馈补偿上；并将载体坐标系下目标架位的导数和前馈补偿量做差后进行另一路前馈控制；并在反馈控制中增加非线性多项式求逆的结果；表示驱动电机的角速度矢量；表示瞄准装置的角速度矢量。优选地，实际架位(θ，β)的采样进行人为延迟和降采样率处理，从而与视线角偏差(Δθ，Δβ)在时间轴上匹配，经过预测处理后，为了与跟踪控制的控制周期匹配，将目标架位(θr，βr)进行插值处理；Δθ表示方位视线角偏差；Δβ表示俯仰视线角偏差；θr表示目标架位中的方位角；βr表示目标架位中的俯仰角；角速度反馈回路构成惯性稳定平台回路，角速度的反馈器由电机轴端引出，即：将非线性驱动器f(θ，β)不包含在角速度反馈回路中，对非线性驱动器f(θ，β)进行开环前馈补偿，对非线性补偿器F1进行离线多项式整定，进行多组试验，随机输入为经过电机输出产生的电机轴角速度和经过电动缸非线性驱动产生的负载角速度经过优化求解得到非线性补偿器F1，非线性补偿器F1的阶次不低于试验的次数；载体角速度经过惯性稳定平台C(θ，β)或惯性解耦器C(θ，β)的输出进入非线性补偿器F1产生稳定补偿分量根据目标视线角与瞄准视线角的差值得到视线角偏差(Δθ，Δβ)；ψr表示目标视线方位角；表示目标视线高低角；ψ表示瞄准装置方位角；表示瞄准装置高低角；视线角偏差(Δθ，Δβ)与处理后的架位(θ′，β′)相加后，经过目标运动轨迹预测后，再经过插值产生目标架位(θr，βr)；θ′表示处理后架位的方位角；β′表示处理后架位的俯仰角；根据目标架位(θr，βr)与实际架位(θ，β)的差值，产生目标架位角速度将目标架位角速度与电机输出角速度做差，通过跟踪控制，得到的输出进入稳定控制器Ks；Ks的输出经过电机及电机驱动Md后，产生驱动力，作用于负载在电机轴端的等效负载输出电机轴角速度表示瞄准装置在输出轴端的等效转动惯量；s表示微分器。电机轴角速度经过对应于减速器或电动缸的非线性驱动函数的非线性驱动器f(θ，β)产生负载角速度负载角速度与载体角速度通过几何约束B产生瞄准视线角速度经过积分器产生瞄准视线角优选地，负载角速度经过积分器产生实际架位(θ，β)，实际架位(θ，β)经过延迟器Z-n后，经过降采样率产生与视线角偏差(Δθ，Δβ)匹配的架位信息，作为处理后的架位(θ′，β′)；n表示延迟的节拍。优选地，电机轴角速度和负载角速度进入存储器M，对跟踪前馈控制器F2进行整定；载体角速度经过惯性稳定平台C(θ，β)或惯性解耦器C(θ，β)的输出经过非线性补偿器F1产生补偿角速度目标架位(θr，βr)经过一阶求导器s后与非线性补偿器F1的输出做差后，经过跟踪前馈控制器F2与补偿角速度相加后作用于由稳定控制器Ks、电机及电机驱动Md和负载在电机轴端的等效惯量构成的闭环控制系统。优选地，对跟踪前馈控制器F2进行离线多项式整定，对跟踪控制器Kt×F1、稳定控制器Ks、电机及电机驱动Md、等效惯量构成的闭环跟踪控制系统进行多组试验，设定随机输入为经过电机输出产生的电机轴角速度和经过电动缸非线性驱动产生的负载角速度和经过优化求解得到跟踪前馈控制器F2，F2的阶次不低于试验的次数。优选地，跟踪控制器Kt×F1中包含反馈控制器Kt和非线性补偿器F1；反馈控制器Kt输出至非线性补偿器F1。优选地，跟踪前馈量为目标架位(θr，βr)一阶求导结果与经过非线性补偿器F1产生补偿角速度做差后经过跟踪前馈控制器F2产生。优选地，实际架位(θ，β)经过人为延迟器Z-n后，经过降采样率产生与视线角偏差(Δθ，Δβ)匹配的架位信息(θ′，β′)，然后经过目标轨迹预测和插值器提高采样率得到目标架位(θr，βr)。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术实施简单易行，在传统控制方法的基础上容易进行改造。2、本专利技术隔离非线性驱动器，角速度反馈器从电机输出轴引出，而非负载输出端，使稳定控制器易于进行线性化设计。3、本专利技术基于参数辨识的方法可以逼近非线性器，通过开环前馈补偿对稳定控制系统进行线性化，可以提高惯性稳定系统的性能。4、本专利技术通过对实际架位的人为延迟和降采样处理，与视线角偏差进行匹配设计，形成时间轴的同步。5、本专利技术将综合后的目标架位角进行插值处理，提高目标架位角的采样率，与跟踪控制系统的控制周期相匹配。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是系统控制框图。图2是非线性驱动器。图3是非线性驱动特性。图4是非线性拟合曲线。图5是非线性反馈跟踪误差曲线。图6是基于解耦前馈的跟踪误差。图7是经过变采样率处理后的跟踪误差。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种变采样率非线性驱动惯性稳定跟踪控制方法，其特征在于，包括：将实际架位(θ，β)隔离到载体坐标系下角速度反馈回路外，对实际架位(θ，β)进行离线参数辨识，利用多项式进行逼近，将得到的多项式施加到前馈补偿上；θ表示实际架位中的方位角；β表示实际架位中的俯仰角。
【技术特征摘要】
1.一种变采样率非线性驱动惯性稳定跟踪控制方法，其特征在于，包括：将实际架位(θ，β)隔离到载体坐标系下角速度反馈回路外，对实际架位(θ，β)进行离线参数辨识，利用多项式进行逼近，将得到的多项式施加到前馈补偿上；θ表示实际架位中的方位角；β表示实际架位中的俯仰角。2.一种变采样率非线性驱动惯性稳定跟踪控制系统，其特征在于，包括：控制模块：将实际架位(θ，β)隔离到载体坐标系下角速度反馈回路外，对实际架位(θ，β)进行离线参数辨识，利用多项式进行逼近，将得到的多项式施加到前馈补偿上；θ表示实际架位中的方位角；β表示实际架位中的俯仰角。3.根据权利要求1所述的变采样率非线性驱动惯性稳定跟踪控制方法或权利要求2所述的变采样率非线性驱动惯性稳定跟踪控制系统，其特征在于，将瞄准装置实际架位(θ，β)的导数：即瞄准装置角速度隔离到角速度反馈回路外，利用驱动电机的角速度进行载体坐标系下的角速度闭环，利用瞄准装置的角速度与驱动电机的角速度对瞄准装置的非线性驱动关系进行离线参数辨识，利用多项式进行逼近，将得到的与架位相关的多项式求逆的结果施加到前馈补偿上；并将载体坐标系下目标架位的导数和前馈补偿量做差后进行另一路前馈控制；并在反馈控制中增加非线性多项式求逆的结果；表示驱动电机的角速度矢量；表示瞄准装置的角速度矢量。4.根据权利要求1所述的变采样率非线性驱动惯性稳定跟踪控制方法或权利要求2所述的变采样率非线性驱动惯性稳定跟踪控制系统，其特征在于，实际架位(θ，β)的采样进行人为延迟和降采样率处理，从而与视线角偏差(Δθ，Δβ)在时间轴上匹配，经过预测处理后，为了与跟踪控制的控制周期匹配，将目标架位(θr，βr)进行插值处理；Δθ表示方位视线角偏差；Δβ表示俯仰视线角偏差；θr表示目标架位中的方位角；βr表示目标架位中的俯仰角；角速度反馈回路构成惯性稳定平台回路，角速度的反馈器由电机轴端引出，即：将非线性驱动器f(θ，β)不包含在角速度反馈回路中，对非线性驱动器f(θ，β)进行开环前馈补偿，对非线性补偿器F1进行离线多项式整定，进行多组试验，随机输入为经过电机输出产生的电机轴角速度和经过电动缸非线性驱动产生的负载角速度经过优化求解得到非线性补偿器F1，非线性补偿器F1的阶次不低于试验的次数；载体角速度经过惯性稳定平台C(θ，β)或惯性解耦器C(θ，β)的输出进入非线性补偿器F1产生稳定补偿分量根据目标视线角与瞄准视线角的差值得到视线角偏差(Δθ，Δβ)；ψr表示目标视线方位角；表示目标视线高低角；ψ表示瞄准装置方位角；表示瞄准装置高低角；视线角偏差(Δθ，Δβ)与处理后的架位(θ′，β′)相加后，经过目标运动轨迹预测后，再经过插值产生目标架位(θr，βr)；θ′表...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜晓明，李爱萍，解强，姜涛，
申请(专利权)人：上海机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31
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