本发明专利技术公开了一种基于自适应误差观测器的光电跟踪系统控制方法，主要用于提升系统对未知变化输入信号的跟踪能力和系统对未知时变窄带扰动的抑制能力，提高光电跟踪系统的跟踪精度。本发明专利技术通过先建立误差观测器结构观测输入与扰动的和信号，再从频域辨识观测信号，最后实时、在线地调整控制器参数，从而减小系统的跟踪误差。本发明专利技术可以同时解决系统的跟踪问题和抗扰问题，并且在输入和扰动未知且变化的条件下，对于观测信号进行频域辨识分析，进而自适应地改变控制器参数，提升系统对于运动目标的跟踪能力和对于复杂环境扰动的抑制能力。力。力。
【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应误差观测器的光电跟踪系统控制方法
[0001]本专利技术属于跟踪控制领域，具体涉及一种基于自适应误差观测器的光电跟踪系统控制方法，主要用于应对未知变化输入和未知时变窄带扰动，提高光电跟踪系统的跟踪精度。
技术介绍
[0002]在光电跟踪系统中，跟踪精度容易受到目标运动特性和外来扰动的影响而降低。一方面，目标物体运动不规则且目标轨迹不易获取，限制了系统的跟踪能力的提升；另一方面，装备在飞机、舰船等运动平台的光电跟踪设备，载体也会传递给设备低频宽带扰动和窄带扰动，从而影响系统的跟踪精度。在以往的研究中，跟踪问题和抗干扰问题通常也是分开来讨论。《A Modified Disturbance Observer Structure Based on Acceleration Measurement for Disturbance Suppression in Tracking Control System》就利用扰动观测器结构来补偿光电跟踪系统的外来扰动，能够有效提升系统的抗干扰能力，但是跟踪性能无法得到改善。而文献《Error
‑
Based Observer ofa Charge Couple Device Tracking Loop for Fast Steering Mirror》则提出误差观测器结构，利用误差信息来观测系统的输入和扰动，可以同时兼顾跟踪及抗干扰问问题；但是，该方法提出的控制参数固定，对于未知变化输入和未知时变窄带扰动并不能够有效应对，限制了跟踪精度。为了能够应对变化的输入和扰动，就需要实时、在线的自适应误差观测器方法。
技术实现思路
[0003]为了提升光电跟踪系统对未知变化输入信号的跟踪能力和对未知时变窄带扰动的抑制能力，本专利技术提出了一种基于自适应误差观测器的光电跟踪系统控制方法。在位置闭环中，首先建立误差观测器结构，再使用快速傅里叶变换的方法辨识输入与扰动的和观测信号，并且实时获取和观测信号的主要频率成分，接着根据辨识分析结果，对低通滤波器和多个陷波器串联组成的Q滤波器进行参数调节，最后将观测信号滤波前馈到控制回路中，实现自适应扰动观测器的全过程。而Q滤波器参数调节受到小增益定理的稳定性约束。本专利技术能够突破传统方法的限制，有效提升光电跟踪系统对变化输入及扰动应对能力，从而使系统具有更高的跟踪精度。
[0004]为实现本专利技术的目的，本专利技术提供一种基于自适应误差观测器的光电跟踪系统控制方法，其方法步骤如下：
[0005]步骤(1)：将CCD作为光电跟踪系统的位置传感器，计算得到目标视轴和传感器中心的相对角位置，从而构成位置闭环；
[0006]步骤(2)：在位置回路中，利用频响测试仪得到位置回路的对象特性，表示为对象模型G
p
(s)，其中，频响测试仪的输入信号为驱动电压输入，输出信号则是CCD的采样输出值；
[0007]步骤(3)：根据位置回路的对象模型G
p
(s)，设计位置控制器C(s)完成闭环控制；
[0008]步骤(4)：完成位置闭环后，建立所述对象模型G
p
(s)的名义逆模型将误差信号E(s)输入给名义逆模型对的输出信号与电机驱动信号U(s)进行求和，得到位置回路中输入信号R(s)和扰动信号D(s)的和估计量H(s)；
[0009]步骤(5)：利用快速傅里叶变换的方法辨识分析H(s)中的主要频率成分；
[0010]步骤(6)：构建Q滤波器，将其设计为低通滤波器和多个陷波器串联的结构，且滤波参数可变；
[0011]步骤(7)：根据和估计量H(s)的频域辨识分析结果，调整Q滤波器参数对H(s)进行滤波，再将滤波后的信号前馈给控制器C(s)的输出量U
C
(s)；
[0012]步骤(8)：重复步骤(4)到步骤(7)，循环完成自适应误差观测器的全部过程，直到系统运行结束。
[0013]进一步的，所述步骤(1)中，使用CCD作为位置回路的闭环传感器，用来获取目标视轴和传感器中心的相对角位置，从而实现位置反馈闭环。
[0014]进一步的，所述步骤(2)中，将位置回路的对象特性近似为二阶振荡环节，则对象模型G
p
(s)表达如下：
[0015][0016]其中，a、b和K是模型参数。
[0017]进一步的，所述步骤(3)中，所述位置控制器C(s)采用零极点相消法来设计。
[0018]进一步的，所述步骤(4)中，为了得到和估计量H(s)，建立误差观测器，将误差信号E(s)输入给名义逆模型而和估计量H(s)由的输出信号与电机驱动信号U(s)求和得到。
[0019]进一步的，所述步骤(5)中，采用快速傅里叶变换的方法获取H(s)的功率谱，进而辨识分析H(s)中的主要频率成分。
[0020]进一步的，所述步骤(6)中，Q滤波器由低通滤波器和多个陷波器串联组成，其形式为：
[0021][0022]其中，β
i
，ε
i
，T为滤波器参数，f
i
为第i个陷波器的主频率，为了满足稳定性条件，需有β
i
ε
i
＜1，且β
i
＞1。
[0023]进一步的，所述步骤(7)中，Q滤波器的稳定性受到小增益定理的约束：
[0024][0025]进一步的，所述步骤(8)包括以下步骤：首先构建误差观测器结构，获得回路中输入信号R(s)和扰动信号D(s)的和估计量H(s)，再通过快速傅里叶变换的方法获得H(s)的主要频率成分，进而自适应调节Q滤波器的陷波器参数，最后将滤波后的信号前馈到回路
中，提升光电跟踪系统对未知变化输入信号的跟踪能力和系统对未知时变窄带扰动的抑制能力。
[0026]本专利技术与现有技术相比具有如下优点：
[0027](1)相比于位置闭环控制，本专利技术采用观测器结构，不添加额外传感器，可以利用算法提升光电跟踪系统的跟踪性能和扰动抑制性能。
[0028](2)相比于传统控制方法，本专利技术将分立的跟踪问题和抗干扰问题同时进行解决，为光电跟踪系统的控制策略研究提供了新的思路。
[0029](3)相比于传统的误差观测器方法，本专利技术可以实时、在线调整控制参数，从而提升系统对未知变化输入及未知时变扰动的应对能力。
[0030](4)相比于传统Q滤波器的设计方法，本专利技术采用低通滤波器和多个陷波器串联的方式，在保证稳定性的同时，具备更好的滤波性能。
附图说明
[0031]图1是本专利技术的一种基于自适应误差观测器的光电跟踪系统控制方法的控制框图。
[0032]图2是针对光电跟踪系统的自适应误差观测器方法的仿真效果图。
具体实施方式
[0033]以下结和附图对本专利技术的具体实施方式做详细说明。
[0034]如附图1所示是一种基于自适应误差观测器的光电跟踪系统控制方法的控制框图，其中包括CCD位置闭环，误差观测器，和本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于自适应误差观测器的光电跟踪系统控制方法，其特征在于，所述方法包含了如下步骤：步骤(1)：将CCD作为光电跟踪系统的位置传感器，计算得到目标视轴和传感器中心的相对角位置，从而构成位置闭环；步骤(2)：在位置回路中，利用频响测试仪得到位置回路的对象特性，表示为对象模型G
p
(s)，其中，频响测试仪的输入信号为驱动电压输入，输出信号则是CCD的采样输出值；步骤(3)：根据位置回路的对象模型G
p
(s)，设计位置控制器C(s)完成闭环控制；步骤(4)：完成位置闭环后，建立所述对象模型G
p
(s)的名义逆模型将误差信号E(s)输入给名义逆模型对的输出信号与电机驱动信号U(s)进行求和，得到位置回路中输入信号R(s)和扰动信号D(s)的和估计量H(s)；步骤(5)：利用快速傅里叶变换的方法辨识分析H(s)中的主要频率成分；步骤(6)：构建Q滤波器，将其设计为低通滤波器和多个陷波器串联的结构，且滤波参数可变；步骤(7)：根据和估计量H(s)的频域辨识分析结果，调整Q滤波器参数对H(s)进行滤波，再将滤波后的信号前馈给控制器C(s)的输出量U
C
(s)；步骤(8)：重复步骤(4)到步骤(7)，循环完成自适应误差观测器的全部过程，直到系统运行结束。2.根据权利要求1所述的一种基于自适应误差观测器的光电跟踪系统控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中，使用CCD作为位置回路的闭环传感器，用来获取目标视轴和传感器中心的相对角位置，从而实现位置反馈闭环。3.根据权利要求1所述的一种基于自适应误差观测器的光电跟踪系统控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，将位置回路的对象特性近似为二阶振荡环节，则对象模型G
p
(s)表达如下：其中，a、b和K是模...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛耀，夏文强，缪礼，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：
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