一种光电跟踪系统自抗扰控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光电跟踪系统自抗扰控制方法，首先是建立光电跟踪系统位置环自抗扰控制系统。其次，对多目标粒子群优化算法进行改进，在进化过程中采用自适应非线性化方式调整算法参数并引入变异操作。最后，采用改进多目标粒子群优化算法对自抗扰控制模型参数进行整定。本发明专利技术在多目标粒子群优化算法中引入变异操作并对算法参数进行自适应非线性化处理，提高了算法的全局和局部搜索能力，避免粒子陷入局部最优的同时还提高了算法的收敛速度，将改进的多目标粒子群优化算法用于自抗扰控制系统参数整定，与传统带宽法参数整定相比，本方法实现光电跟踪位置环的快速、精准跟踪，改善了光电跟踪系统位置环的跟踪效果。改善了光电跟踪系统位置环的跟踪效果。改善了光电跟踪系统位置环的跟踪效果。

【技术实现步骤摘要】
一种光电跟踪系统自抗扰控制方法


[0001]本专利技术涉及光电跟踪与稳定控制领域，具体涉及一种光电跟踪系统自抗扰控制方法。

技术介绍

[0002]光电跟踪系统是以光电传感器、机械结构、电气平台和稳定控制方法等构成的复杂高精密定位仪器，用于实现对运动目标的实时观测或将光束投送到运动目标物体上，其被广泛应用于精密测量、航空航天、天文观测等领域。在工程应用中，光电跟踪系统的控制性能受到包括外界环境的风矩、摩擦力矩、平台抖动等外部扰动和内部不确定性的影响，从而大大制约了光电跟踪系统的控制性能，难以满足光电跟踪系统追求的定位的快速性、准确性和无超调等性能指标。为了在外部扰动和内部不确定性的影响下获得高跟踪性能的光电跟踪系统，许多控制算法被应用于光电跟踪系统的控制研究中。其中，自抗扰控制不依赖于被控对象模型和外部扰动规律，把系统动态中不同于标准型(积分串联型)的部分，包括模型的不确定性以及扰动视为总扰动，以扩张状态观测器为手段，实时地对总扰动进行估计，并加以消除，在消除总扰动的基础上，采取线性反馈控制率实现对给定信号的跟踪，自抗扰控制具有抗扰能力强、不依赖本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电跟踪系统自抗扰控制方法，其特征在于：其采用一种改进的多目标粒子群优化方法通过寻优的方式实现对自抗扰控制模型的参数整定，确定最优自抗扰控制模型，所述控制方法包括以下步骤：步骤1：建立光电跟踪系统位置环自抗扰控制系统，所述光电跟踪系统位置环自抗扰控制系统以状态空间的形式表示为：其中，y,x1为输出状态，x2为输出状态的一阶导，u为系统的输入信号，w为系统存在的不确定性和扰动，a1,a0,b0是控制系统已知的近似参数；步骤2：初始化所述改进的多目标粒子群优化方法的参数，包括：粒子总个数N设为80，粒子的搜索空间维度D设为4，加速度常数c1,c2的最大值为2，最小值为0.4，惯性权重ω的最小值为0.4，最大值为0.9，最大迭代次数runmax设置为100，目标函数个数T为3，变异率u_mut为0.5，第i个粒子的位置X
i
＝(x
i1
,x
i2
,x
i3
,x
i4
)代表自抗扰控制系统中需要整定的4个参数{ω
o
,k
p
,k
i
,k
d
}；确定每一个参数的调节范围，粒子i每一维速度v
i
∈[
‑
1,1]，初始化上述近似参数a1,a0,b0；步骤3：初始化粒子种群，采用随机初始化的方式初始化粒子速度和粒子位置；步骤4：初始化粒子局部最优值，将初始化种群中每个粒子的位置向量作为自抗扰系统中待优化的4个参数，并对光电跟踪系统位置环自抗扰控制系统进行仿真，计算每个初始化粒子的3个目标函数值；并将粒子局部最优值的位置向量初始化为粒子的当前位置：Pbest(i)＝(P
i1
,P
i2
,......,P
iD
)其中，Pbest(i)代表第i个粒子局部最优值，P
id
,d＝1,2,3,...,D表示第i个粒子局部最优值位置向量中的第d维的值；步骤5：初始化粒子全局最优值，确定初始化粒子支配关系，确定Pareto前沿，并根据拥挤度规则在Pareto中选取一个粒子作为初始化全局最优点Gbest：Gbest＝(G
i1
,G
i2
,......,G
iD
)其中，G
id
,d＝1,2,3,...,D表示全局最优值位置向量中的第d维的值；步骤6：在进化过程中，对当前代的加速度常数c1,c2，惯性权重ω进行自适应非线性化处理；步骤7：对每个粒子的每维速度、位置进行更新，并判断粒子当前速度、位置是否超出设定范围，如果超出设定范围，对其进行处理；步骤8：将更新后每个粒子的位置向量作为当前代自抗扰控制系统中的4个需要整定参数，并对光电跟踪系统位置环自抗扰控制系统进行仿真，计算当前代所有粒子的3个目标函数值；步骤9：确定当前代粒子间支配关系：对第i个粒子，如果存在粒子j使得粒子j的3个目标函数值均小于粒子i的目标函数值，则粒子i被粒子j支配，将不被支配的粒子位置及其对应的三个目标函数值记录下来，并将不被支配的粒子作为前代的Pareto前沿点；步骤10：对粒子进行变异操作，将粒子群体分为三部分，第一部分不进行变异，第二部
分进行均匀变异，第三部分进行非均匀变异；步骤11：更新局部最优，得到更新后的粒子位置向量，计算新的适应度函数值，对于粒子i，若更新后的粒子支配更新前的粒子，则将粒子i的最优值更新为当前位置向量，否则不进行更新；步骤12：更新精英集，精英集矩阵Pareto用于存储进化过程中较优粒子的位置向量，将步骤9中确定的当前代Pareto前沿点与精英集矩阵Pareto中存储的较优粒子进行支配关系确定，将不被支配粒子的位置向量保存在精英集矩阵Pareto中；步骤13：更新全局最优值，在精英集矩阵Pareto中更新全局最优点，进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛耀，王浩霖，聂康，陈兴龙，包启亮，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：