【技术实现步骤摘要】
二自由度伺服云台系统的耦合辨识和解耦控制设计方法
本专利技术涉及伺服系统控制
,特别涉及一种二自由度伺服云台系统的耦合辨识和解耦控制设计方法。
技术介绍
对于伺服云台系统,由于其结构中有许多柔性模态及非线性结构,导致系统存在多个谐振频点,而二自由度伺服云台系统,更是容易引起轴间耦合,增大系统复杂性。对一些高精度性能需求的伺服云台控制设计,往往由于耦合的存在,造成云台双轴运动时,其中一条轴的运动会对另一条轴产生震动的影响,从而不利于对伺服云台系统的高精度控制设计。针对多变量耦合系统的解耦控制问题,目前主要有两类方法:1)线性化解耦控制;2)补偿解耦控制。线性化解耦控制又可分为智能线性化方法和状态反馈线性化方法。智能线性化解耦控制方法不依赖于系统的动力学模型,主要有神经网络解耦、最小二乘支持向量机、模糊解耦等,智能线性化解耦普遍存在的问题是控制算法复杂,调参过程麻烦,需要占用大量计算资源;状态反馈线性化解耦相对智能解耦较简单,被广泛应用于复杂非线性系统的解耦控制,其主要可分为动态逆系统解耦和微分几何解耦,动态逆系统解耦要求系统具有可逆性,而微分几何解耦则需要保证系统可以化为仿射变换模型。补偿解耦控制的方法主要基于系统的精确数学模型,通过计算或辨识出耦合模型,然后进行反馈或前馈补偿控制,但是这种方法需要预先知道对象参数,再对补偿器、控制器等进行设计,导致最终控制效果往往与所辨识模型参数有很大关系,模型参数很大程度上决定了控制效果的好坏。对于二自由度伺服云台系统的解耦控制设计,控制器主要通过嵌入式单片机 ...
【技术保护点】
1.一种二自由度伺服云台系统的耦合辨识和解耦控制设计方法,其特征在于,步骤如下:/nS1、生成正交伪随机信号,将其输入二自由度伺服云台系统,同时采集两轴速度输出端的输出信号;/nS2、构造输入输出信号矩阵,使用子空间辨识算法对双输入双输出系统进行辨识,得到系统的俯仰轴、方位轴子系统模型及轴间耦合子系统模型;/nS3、使用平衡截断法对各子系统进行降阶,得到低阶子系统模型;/nS4、基于低阶耦合子系统模型,使用模型匹配法进行解耦前馈控制器设计,得到前馈控制器;/nS5、对前馈控制器做出改进,使其分子阶次小于或等于分母阶次,得到最终的可物理实现的解耦前馈控制器。/n
【技术特征摘要】
1.一种二自由度伺服云台系统的耦合辨识和解耦控制设计方法,其特征在于,步骤如下:
S1、生成正交伪随机信号,将其输入二自由度伺服云台系统,同时采集两轴速度输出端的输出信号;
S2、构造输入输出信号矩阵,使用子空间辨识算法对双输入双输出系统进行辨识,得到系统的俯仰轴、方位轴子系统模型及轴间耦合子系统模型;
S3、使用平衡截断法对各子系统进行降阶,得到低阶子系统模型;
S4、基于低阶耦合子系统模型,使用模型匹配法进行解耦前馈控制器设计,得到前馈控制器;
S5、对前馈控制器做出改进,使其分子阶次小于或等于分母阶次,得到最终的可物理实现的解耦前馈控制器。
2.根据权利要求1所述的二自由度伺服云台系统的耦合辨识和解耦控制设计方法,其特征在于,在步骤S1中,正交伪随机信号的生成过程如下:
S11、选择m序列作为伪随机信号,生成幅值为a的m序列p(k),k=1,2,...,Np,Np为该m序列的长度;
S12、构造Hadamard矩阵得到信号hi(k),i=1,2,其中,h1取自H中第一列元素,h2取自H中第一列元素,hi周期为Nh;
S13、由下式生成正交伪随机信号ui,i=1,2,其周期长度为N=NpNh:
3.根据权利要求2所述的二自由度伺服云台系统的耦合辨识和解耦控制设计方法,其特征在于,在步骤S2中,根据正交伪随机信号u1和u2以及两轴速度输出端的输出信号y1和y2构造输入输出信号矩阵U和Y:
其中,u(k)=(u1(k)u2(k)),k=1,2,...,m,m为输入输出信号矩阵的阶;
使用子空间辨识算法对双输入双输出系统进行辨识,先由输入输出信号矩阵U和Y计算得到特定矩阵,再从特定矩阵的行子空间或列子空间中获得双输入双输出系统状态方程矩阵(A,B,C,D),其中,A为n×n矩阵,B为n×2矩阵且B=(B1B2),C为2×n矩阵且D一般为零矩阵,n为系统阶次;
由系统的状态方程分别计算得到系统的俯仰轴子系统模型(A,B1,C1)、方位轴子系统模型(A,B2,C2)及轴间耦合子系统模型(A,B1,C2)、(A,B2,C1),子系统的阶次均为A矩阵的阶n。
4.根据权利要求3所述的二自由度伺服云台系统的耦合辨识和解耦控制设计方法,其特征在于,双输入双输出系统阶次由主元分析理论确定。
5.根据权利要求3所述的二自由度伺服云台系统的耦合辨识和解耦控制设计方法,其特征在于,在步骤S3中,使用平衡截断法对各子系统进行降阶,得到低阶子系统模型,过程如下:
S31、按以下Lyapunov方程计算子系统的可控Gram矩阵P和可观Gram矩阵Q:
AP+PAT+BBT=0;
ATQ+QA+CTC=0;
S32、对P进行Cholesky分解:P=RTR,其中,R为上三角阵;
S33、对RQRT进行奇异值分解:并令较小的奇异值σ为0,构造平衡变换矩阵T=RTUdiag(σ1,σ2,…,σn);
S34、为了避...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈燕坤,苏为洲,谭敏哲,闻成,
申请(专利权)人:华南理工大学,
类型:发明
国别省市:广东;44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。