一种两轴四框架稳定平台的扩张状态观测器参数调试方法技术

本发明专利技术涉及一种两轴四框架稳定平台的扩张状态观测器参数调试方法，其中，包括：对控制系统进行数值仿真，确定可调参数的范围与初值设定；将给定可调参数初值的扩张状态观测器补偿到稳定回路控制器中，确定被控输出是否稳定；在确定被控输出稳定的条件下，整定补偿量调整因子；对算法积分步长h进行初步整定；调节算法积分步长h与线性区间δ调整参数δ

【技术实现步骤摘要】
一种两轴四框架稳定平台的扩张状态观测器参数调试方法


[0001]本专利技术属于自动控制
，特别涉及一种两轴四框架稳定平台的扩张状态观测器的参数调试方法。

技术介绍

[0002]机载光电转塔通常采用两轴四框架的结构形式以扩展跟踪范围，两轴四框架陀螺稳定平台的视轴稳定精度主要由内框架系统的稳定控制实现。在影响该光电平台视轴稳定的因素中，摩擦干扰力矩以及陀螺噪声的影响难以克服与抑制。因此，内框架系统控制器的扰动隔离能力直接关系光电转塔的稳定与捕获跟踪性能。
[0003]现有的PID控制器无法满足两轴四框架陀螺稳定平台高控制精度与隔离度的需求，自抗扰控制算法将作用于被控对象的所有不确定因素作用都归结为“未知扰动”而用对象的输入输出数据对其进行估计并给予补偿，因此自抗扰控制器中具有扰动估计与补偿作用的扩张状态观测器得到了大量的关注与研究，然而对其在实际应用中涉及的参数调试方法及流程缺乏公开的阐明与参考。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种两轴四框架稳定平台的扩张状态观测器参数调试方法，用于解决上述现有技术的问题。
[0005]本专利技术一种两轴四框架稳定平台的扩张状态观测器参数调试方法，其中，包括：
[0006]扩张状态观测器形式为：
[0007][0008]其中，u为对被控对象的输入，y为对象的输出，z1为被控对象的状态估计，e为输出误差，z2为被扩张的状态即为对扰动的估计，幂次函数fal(e,0.5,δ)为一非线性函数，β
01
、β
02
、b以及δ为扩张状态观测器可调参数；
[0009]对控制系统进行数值仿真，确定可调参数的范围与初值设定；
[0010]将给定可调参数初值的扩张状态观测器补偿到稳定回路控制器中，确定被控输出是否稳定；
[0011]在确定被控输出稳定的条件下，整定补偿量调整因子b0的调整参数b
0c
，由小到大以一定间隔增大b
0c
，每改变一次b
0c
，分别测试被控系统的阶跃响应与扰动条件下的稳态输出；综合比较b
0c
各个取值下的阶跃响应与扰动条件下的稳态输出，确定b
0c
；
[0012]对算法积分步长h进行初步整定；
[0013]在β
2e
取值附近进行小范围调整，验证数值仿真给出的β
02
计算指数与给出的h取值范围；
[0014]调节算法积分步长h与线性区间δ调整参数δ
c
，对取值范围内任一给定的h，调节δ
c
，
测试系统的阶跃响应与扰动条件下的稳态输出，通过动态性能与稳态性能的比较，确定算法积分步长h与线性区间δ调整参数δ
c
；
[0015]基于确定的参数对被控系统进行测试，验证所设计扩张状态观测器的鲁棒性，确定扩张状态观测器参数。
[0016]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种具体的扩张状态观测器参数调试方法，在两轴四框架陀螺稳定平台内方位与内俯仰稳定回路控制上的应用实践证明了该方法在扩张状态观测器参数调试上的可操作性与有效性。
附图说明
[0017]图1为两轴四框架陀螺稳定平台稳定回路控制系统结构图；
[0018]图2为本方法描述的扩张状态观测器参数调试流程；
[0019]图3(a)和(b)为采用本方法对陀螺稳定平台内方位稳定回路进行扩张状态观测器参数调试时的阶跃响应曲线，其中，(a)b
0c
＝1.0，(b)b
0c
＝1.5；
[0020]图4(a)
‑
(d)为采用本方法对陀螺稳定平台内方位稳定回路进行扩张状态观测器参数b
0c
调试时系统在正弦扰动下的角位置测试结果，其中，(a)b
0c
＝0.8，(b)b
0c
＝1.0，(c)b
0c
＝1.2，(d)b
0c
＝1.5；
[0021]图5(a)
‑
(d)为采用本方法对陀螺稳定平台内方位稳定回路进行扩张状态观测器参数h与δ
c
调试时系统在正弦扰动下的角位置测试结果，其中，(a)h＝0.02h0、δ
c
＝1.6δ
c0
，(b)h＝0.02h0、δ
c
＝2.4δ
c0
，(c)h＝0.12h0、δ
c
＝2.4δ
c0
，(d)h＝0.2h0、δ
c
＝0.1δ
c0
，其中，h0与δ
c0
为本例实施方式中内方位稳定回路的扩张状态观测器参数整定确定的比例系数。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0023]本专利技术一种两轴四框架稳定平台的扩张状态观测器参数调试方法包括：所涉及的扩张状态观测器应用对象为陀螺稳定平台稳定回路控制中的一阶被控对象，所述的扩张状态观测器为与之相应的二阶扩张状态观测器，根据稳定回路被控对象的设计参数，逐步整定扩张状态观测器参数。
[0024]扩张状态观测器根据被控对象的状态方程建立，所述的被控对象状态方程根据被控对象的模型已知部分与阶次列写，所述的被控对象的控制量即控制输入记为u、被控输出记为y。
[0025]所述的扩张状态观测器具有以下形式：
[0026][0027]其中，u为对被控对象的输入，y为对象的输出，z1为被控对象的状态估计，e为输出误差，z2为被扩张的状态即为对扰动的估计，幂次函数fal(e,0.5,δ)为一非线性函数，β
01
、β
02
、b以及δ为扩张状态观测器可调参数。
[0028]所述的扩张状态观测器具有以下离散形式：
[0029]输入：被控对象的控制量u、被控对象输出y；
[0030]输出：被扩张的状态z2、补偿量调整因子b0；
[0031]输入参数：采样周期T、被控对象转动惯量J、系统机械阻尼f、被控电机的力矩系数T
c
；
[0032]可调参数：b0调整参数b
0c
、β
02
计算指数β
2e
、算法积分步长h、扩张状态观测器线性区间δ调整参数δ
c
。
[0033]计算过程：
[0034]b0＝1/Jb
0c
[0035]δ＝δ
c
h
[0036]β
01
＝1/h
[0037][0038]e＝z1‑
y
[0039][0040]z1＝z1+T(z2‑
β
01
e
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两轴四框架稳定平台的扩张状态观测器参数调试方法，其特征在于，包括：扩张状态观测器形式为：其中，u为对被控对象的输入，y为对象的输出，z1为被控对象的状态估计，e为输出误差，z2为被扩张的状态即为对扰动的估计，幂次函数fal(e,0.5,δ)为一非线性函数，β
01
、β
02
、b以及δ为扩张状态观测器可调参数；对控制系统进行数值仿真，确定可调参数的范围与初值设定；将给定可调参数初值的扩张状态观测器补偿到稳定回路控制器中，确定被控输出是否稳定；在确定被控输出稳定的条件下，整定补偿量调整因子b0的调整参数b
0c
，由小到大以一定间隔增大b
0c
，每改变一次b
0c
，分别测试被控系统的阶跃响应与扰动条件下的稳态输出；综合比较b
0c
各个取值下的阶跃响应与扰动条件下的稳态输出，确定b
0c
；对算法积分步长h进行初步整定；在β
2e
取值附近进行小范围调整，验证数值仿真给出的β
02
计算指数与给出的h取值范围；调节算法积分步长h与线性区间δ调整参数δ
c
，对取值范围内任一给定的h，调节δ
c
，测试系统的阶跃响应与扰动条件下的稳态输出，通过动态性能与稳态性能的比较，确定算法积分步长h与线性区间δ调整参数δ
c
；基于确定的参数对被控系统进行测试，验证所设计扩张状态观测器的鲁棒性，确定扩张状态观测器参数。2.如权利要求1所述的两轴四框架稳定平台的扩张状态观测器参数调试方法，其特征在于，步骤4中，由大至小改变h，直至系统输出开始起振，确定h的取值范围。3.如权利要求1所述的两轴四框架稳定...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立晶，孙拓，董浩，
申请(专利权)人：天津津航技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：