[发明专利]跟踪系统中基于角度信息的前馈控制方法

说明书

技术领域

本发明属于光电控制领域，具体涉及到一种基于角位置信息的速度、加速度前馈控制方法，可用于目标的高精度跟踪。

背景技术

在光电跟踪控制系统中，目标的高精度跟踪是非常重要的工作。美国林肯实验室设计的“火池”控制系统，利用角位置信息以及高精度的测距信息实现共轴跟踪，取得好的控制效果。在国内跟踪控制系统中，一般采用了基于角位置信息合成的速度前馈(预测滤波技术在光电经纬仪中的应用仿真，光电工程，Vol(8)，2002)也取得了一定结果。但是该方法只采用了速度前馈，没有对角加速度补偿，其提高精度有限。此外，对控制系统的稳定性也没有详细的阐述。

发明内容

为了解决现有技术没有对角加速度补偿的技术方案，及提高系统精度不显著的技术缺陷，本发明的目的是提供一种跟踪系统中基于角位置信息的前馈控制方法。

为实现本发明的目的，本发明提供跟踪系统中基于角位置信息的前馈控制方法的技术解决方案如下步骤所述：

步骤S1：在控制对象上面安装有编码器和CCD探测器，CCD探测器接收编码器的角度信息和目标的轨迹信息，CCD探测器对编码器的角度信息和目标的轨迹信息做相减处理，提取目标脱靶量e(k)；

步骤S2：跟踪控制器接收目标脱靶量e(k)，并将目标脱靶量e(k)生成并输出跟踪控制信号；

步骤S3：第一相加单元对目标脱靶量和编码器角度信息做加处理，提取出目标轨迹信息；

步骤S4：Kalman滤波器接收提取出的目标轨迹信号，并利用Kalman滤波器从提取出的目标轨迹信号中获取目标的速度、加速度信号；

步骤S5：前馈控制器将目标的速度、加速度信号生成并输出前馈控制信号；

步骤S6：第二相加单元接收前馈控制信号和跟踪控制信号，并对前馈控制信号和跟踪控制信号做相加处理，生成并输出驱动控制信号，用于驱动控制对象，实现对目标脱靶量e(k)的闭环校正。

本发明相比当前控制方法的优点有：仅仅利用CCD探测器、编码器提供的角位置信息，实现速度、加速度前馈控制技术，提高光电跟踪系统的跟踪能力。可以有效地减小速度、加速度滞后误差；)由于只利用了角度信息，不需要距离信息，系统简单；采用了经典的Kalman滤波算法，不需要增加系统负担，稳定可靠。

附图说明

图1为本发明实现目标跟踪的控制装置示意图。

图2为本发明图1的频率域传递函数原理图。

图3为采用本发明方法的控制误差曲线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式说明本发明，本领域的技术人员可根据本说明书揭示的内容了解本发明的功效及优点。

图1示出一种实现目标跟踪的控制装置包括：跟踪控制器、前馈控制器、滤波器、控制对象；该控制装置组包含了由跟踪控制器形成的反馈环路以及前馈控制器形成的前馈环路。采用所述装置实现前馈(速度、加速度前馈)控制方法的步骤如下：

步骤S1：在控制对象上面安装有编码器和CCD探测器，CCD探测器接收编码器的角度信息和目标的轨迹信息，CCD探测器对编码器的角度信息和目标的轨迹信息做相减处理，提取目标脱靶量e(k)；所述目标脱靶量e(k)是目标轨迹与控制对象同步运动编码器的角度信号之差。

步骤S2：跟踪控制器接收目标脱靶量e(k)，并将目标脱靶量e(k)生成并输出跟踪控制信号；

步骤S3：第一相加单元对目标脱靶量和编码器角度信息做加处理，提取出目标轨迹信息；值得注意是，由于当前目标脱靶量一般滞后角位置信息。因此，需要用当前目标脱靶量信息与前面时刻的角度信息相加，获取目标当前的轨迹信息；

步骤S4：Kalman滤波器接收提取出的目标轨迹信号，并利用Kalman滤波器从提取出的目标轨迹信号中获取目标的速度、加速度信号，所述Kalman滤波器是基于一个四阶牛顿运动方程建立的Kalman滤波器；

步骤S5：前馈控制器将目标的速度、加速度信号生成并输出前馈控制信号(包括速度前馈控制信号、加速度前馈控制信号)；

步骤S6：第二相加单元接收前馈控制信号和跟踪控制信号，并对前馈控制信号和跟踪控制信号做相加处理，生成并输出驱动控制信号，用于驱动控制对象，实现对目标脱靶量e(k)的闭环校正。

本发明提供基于角位置信息的前馈控制方法的技术解决方案中：

1、加速度、速度的前馈控制器与跟踪控制器的关系：