一种基于改进自抗扰控制的快速反射镜控制方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种基于改进自抗扰控制的快速反射镜控制方法及设备，属于跟踪控制技术领域，用于解决现有快速反射镜系统中的扩张状态观测器，容易对测量噪声敏感，使得高频噪声通过扩张状态观测器，从而污染扰动估计，影响了控制器的性能的技术问题

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进自抗扰控制的快速反射镜控制方法及设备


[0001]本申请涉及跟踪控制领域，尤其涉及一种基于改进自抗扰控制的快速反射镜控制方法及设备
。

技术介绍

[0002]快速反射镜是实现目标和接收器之间光束指向控制的一种反射镜装置，具有响应速度快和控制精度高的优点，广泛应用于航空成像
、
空间探测
、
激光通信和激光制导等系统实现视轴稳定
、
像移补偿及瞄准跟踪等功能
。
上述领域通常会受到大气扰动
、
平台振动的影响，要求快速反射镜具有较高的较高的工作带宽
、
角分辨率
、
指向精度和转角范围，对系统的环境适应性等也有很高要求
。
[0003]自抗扰控制是利用扩张状态观测器将非线性和不确定性扩张成一个新的状态变量，视为系统总扰动，并在控制输入端补偿，从而提高快速反射镜系统的跟踪精度与抗干扰能力
。
[0004]但是传统的自抗扰控制器需要扩张状态观测器选择高增益来实现估计的快速性和准确性，然而高增益会使得扩张状态观测器对测量噪声敏感，使得高频噪声通过扩张状态观测器，从而污染估计，很大程度上影响控制器性能
。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供了一种基于改进自抗扰控制的快速反射镜控制方法及设备，用于解决如下技术问题：现有快速反射镜系统中的扩张状态观测器，容易对测量噪声敏感，使得高频噪声通过扩张状态观测器，从而污染扰动估计，影响了控制器的性能
。
[0006]本申请实施例采用下述技术方案：
[0007]一方面，本申请实施例提供了一种基于改进自抗扰控制的快速反射镜控制方法，包括基于快速反射镜系统的确定性辨识，确定出快速反射镜模型；将所述快速反射镜模型的实际输出量输入到卡尔曼滤波器中，并根据所述卡尔曼滤波器，对所述实际输出量进行噪声扰动过滤，得到过滤值；将所述过滤值以及所述快速反射镜系统中的不确定量输入到模型辅助扩张状态观测器中，并通过所述模型辅助扩张状态观测器，将所述过滤值进行扰动估计计算，得到总扰动估计量；对所述总扰动估计量进行有关线性状态误差的反馈控制，得到线性状态误差反馈控制律；基于所述快速反射镜系统
、
所述卡尔曼滤波器
、
所述模型辅助扩张状态观测器以及所述线性状态误差反馈控制律，确定出闭环系统传递函数，并通过所述闭环系统传递函数以及预设的零相差前馈控制器，以实现对快速反射镜进行自抗扰控制
。
[0008]本申请实施例通过在快速反射镜中引入卡尔曼滤波器，可以克服模型辅助扩张状态观测器的增益受其准确性
、
快速性和测量噪声的影响，使得模型辅助扩张状态观测器在较高增益的情况下受到高频噪声的污染减弱，进一步提高了快速反射镜系统的控制性能与抗干扰能力
。
同时，还引入零相差前馈控制器，减少快速反射镜系统系统相位滞后，提高了
快速反射镜系统带宽
。
并且将快速反射镜系统
、
卡尔曼滤波器
、
模型辅助扩张状态观测器
、
线性状态误差反馈控制律组合成闭环系统传递函数，有利于提升快速反射镜系统的自抗扰控制
。
[0009]在一种可行的实施方式中，基于快速反射镜系统的确定性辨识，确定出快速反射镜模型，具体包括：通过所述快速反射镜系统中的确定性辨识，对所述快速反射镜系统进行自身系统的确定性判定，识别出确定性系统部分与不确定性系统部分；其中，所述确定性系统部分为传递函数；基于所述确定性系统部分，确定出所述快速反射镜模型
。
[0010]在一种可行的实施方式中，将所述快速反射镜模型进行状态空间的转化，具体包括：根据得到所述快速反射镜模型的状态空间描述；其中，
A、B
以及
C
均为所述快速反射镜系统的参数矩阵；
u
为所述快速反射镜系统的控制量，
ξ
为所述快速反射镜系统的测量噪声，
x
为所述快速反射镜模型的实际输入量，
y0为所述快速反射镜模型的实际输出量，为实际输入量的一阶导数，
y
为控制输出量
。
[0011]在一种可行的实施方式中，根据所述卡尔曼滤波器，对所述实际输出量进行噪声扰动过滤，得到过滤值，具体包括：根据得到基于所述卡尔曼滤波器的估计值导数以及卡尔曼估计值其中，
A、B
以及
C
均为所述快速反射镜系统的参数矩阵，
B
d
为扰动矩阵；
K
是滤波增益矩阵，为所述模型辅助扩张状态观测器对快速反射镜系统总扰动的估计，为所述快速反射镜模型中实际输入量
x
的估计值，
y0为所述快速反射镜模型的实际输出量，
u
为所述快速反射镜系统的控制量；其中，所述过滤值由所述估计值导数以及所述卡尔曼估计值组成
。
[0012]在一种可行的实施方式中，通过所述模型辅助扩张状态观测器，将所述过滤值进行扰动估计计算，得到总扰动估计量，具体包括：根据
f
a
＝
ω
+(b
‑
b0)u
，得到基于所述模型辅助扩张状态观测器的快速反射镜系统的总扰动估计量
f
a
；其中，
b
为所述模型辅助扩张状态观测器的定量参数，
b0为扩张状态观测器参数，
ω
为外部扰动量，
u
为所述快速反射镜系统的控制量
。
[0013]在一种可行的实施方式中，在通过所述模型辅助扩张状态观测器，将所述过滤值进行扰动估计计算，得到总扰动估计量之后，具体包括：根据得到所述快速反射镜系统在外部扰动量下的矩阵形式；其中，
A1、B1以及
C1均为扩展状态矩阵，
E
为扰动传递矩阵；为所述模型辅助扩张状态观测器的状态向量，且
f
a
为所述总扰动估计量，
y
为所述模型辅助扩张状态观测器的输出量，
u
为所述快速反射镜系
统的控制量；根据得到所述模型辅助扩张状态观测器的估计量其中，
z1以及
z2为来自所述模型辅助扩张状态观测器的观测状态，为所述模型辅助扩张状态观测器对快速反射镜系统总扰动的估计；
L
＝
[l
1 l
2 l3]T
为所述模型辅助扩张状态观测器的增益矩阵；所述模型辅助扩张状态观测器的输出向量；为卡尔曼估计值
。
[0014]在一种可行的实施方式中，根据得到所述模型辅助扩张状态观测器的增益矩阵
L
；其中，
ω0为所述模型辅助扩张状态观测器的带宽，
a0以及
a1均为定量参数
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于改进自抗扰控制的快速反射镜控制方法，其特征在于，所述方法包括：基于快速反射镜系统的确定性辨识，确定出快速反射镜模型；将所述快速反射镜模型的实际输出量输入到卡尔曼滤波器中，并根据所述卡尔曼滤波器，对所述实际输出量进行噪声扰动过滤，得到过滤值；将所述过滤值以及所述快速反射镜系统中的控制量输入到模型辅助扩张状态观测器中，并通过所述模型辅助扩张状态观测器，将所述过滤值进行扰动估计计算，得到总扰动估计量；对所述总扰动估计量进行有关线性状态误差的反馈控制，得到线性状态误差反馈控制律；基于所述快速反射镜系统
、
所述卡尔曼滤波器
、
所述模型辅助扩张状态观测器以及所述线性状态误差反馈控制律，确定出闭环系统传递函数，并通过所述闭环系统传递函数以及预设的零相差前馈控制器，以实现对快速反射镜进行自抗扰控制
。2.
根据权利要求1所述的一种基于改进自抗扰控制的快速反射镜控制方法，其特征在于，基于快速反射镜系统的确定性辨识，确定出快速反射镜模型，具体包括：通过所述快速反射镜系统中的确定性辨识，对所述快速反射镜系统进行自身系统的确定性判定，识别出确定性系统部分与不确定性系统部分；其中，所述确定性系统部分为传递函数；基于所述确定性系统部分，确定出所述快速反射镜模型
。3.
根据权利要求2所述的一种基于改进自抗扰控制的快速反射镜控制方法，其特征在于，将所述快速反射镜模型进行状态空间的转化，具体包括：根据得到所述快速反射镜模型的状态空间描述；其中，
A、B
以及
C
均为所述快速反射镜系统的参数矩阵；
u
为所述快速反射镜系统的控制量，
ξ
为所述快速反射镜系统的测量噪声，
x
为所述快速反射镜模型的实际输入量，
y0为所述快速反射镜模型的实际输出量，为实际输入量的一阶导数，
y
为控制输出量
。4.
根据权利要求1所述的一种基于改进自抗扰控制的快速反射镜控制方法，其特征在于，根据所述卡尔曼滤波器，对所述实际输出量进行噪声扰动过滤，得到过滤值，具体包括：根据得到基于所述卡尔曼滤波器的估计值导数以及卡尔曼估计值其中，
A、B
以及
C
均为所述快速反射镜系统的参数矩阵，
B d
为扰动矩阵；
K
是滤波增益矩阵，为所述模型辅助扩张状态观测器对快速反射镜系统总扰动的估计，为所述快速反射镜模型中实际输入量
x
的估计值，
y0为所述快速反射镜模型的实际输出量，
u
为所述快速反射镜系统的控制量；其中，所述过滤值由所述估计值导数以及所述卡尔曼估计值组成
。5.
根据权利要求1所述的一种基于改进自抗扰控制的快速反射镜控制方法，其特征在
于，通过所述模型辅助扩张状态观测器，将所述过滤值进行扰动估计计算，得到总扰动估计量，具体包括：根据
f
a
＝
ω
+(b
‑
b0)u
，得到基于所述模型辅助扩张状态观测器的快速反射镜系统的总扰动估计量
fa
；其中，
b
为所述模型辅助扩张状态观测器的定量参数，
b0为扩张状态观测器参数，
ω
为外部扰动量，
u
为所述快速反射镜系统的控制量
。6.
根据权利要求5所述的一种基于改进自抗扰控制的快速反射镜控制方法，其特征在于，在通过所述模型辅助扩张状态观测器，将所述过滤值进行扰动估计计算，得到总扰动估计量之后，具体包括：根据得到所述快速反射镜系统在外部扰动量下的矩阵形式；其中，
A1、B1以及
C1均为扩展状态矩阵，
E
为扰动传递...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙崇尚，张程鑫，李智斌，张建强，张桂林，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：