[发明专利]一种提高等效滑模控制扰动抑制能力的控制方法

说明书

本发明涉及一种提高等效滑模控制扰动抑制能力的控制方法。针对当前光电稳定平台的扰动抑制能力不足，无法满足更高精度的稳定控制需求，该方法采用滑模控制器来进行闭环控制，利用滑模控制快速响应、对参数变化及扰动不灵敏的优点，来抑制外界扰动对系统的干扰，从而提高系统的跟踪能力。该方法是从控制算法上对系统进行优化，无需再另加传感器，保证了系统原有特性，并节约了成本；同时，该方法思路清晰，结构简单，在工程易于实现，特别是在一些扰动根本无法测量的情况下，可很好地发挥其鲁棒性好的优势。

技术领域

本发明属于光电稳定控制领域，具体的涉及一种提高等效滑模控制扰动抑制能力的控制方法，主要用于抑制外界扰动，提升系统的跟踪性能。

背景技术

传统的光电稳定控制技术，如PID控制，为了简化控制系统设计，通常会忽略系统中存在的非线性干扰，这将限制控制系统本身精度的提高。由于光电稳定系统本身模型就较为复杂、具有不确定性，同时在实际系统运行过程中会受到摩擦力矩、电机力矩波动、风载扰动以及其他各种非线性扰动的影响，采用传统的控制方法，光电稳定系统的控制精度难以获得较大的提高。因此，为了提高光电稳定伺服控制系统的鲁棒性，降低跟踪误差，需要研究新的切实可行的先进控制策略。

滑模控制具有抗扰动能力强，响应快速、易于实现等优点，在多个领域得到应用。滑模控制在控制过程中通过切换函数动态地改变系统的结构，引导系统状态沿着设计好的滑模轨迹运动。而滑模轨迹与系统是否存在扰动等因素没有关系，因此系统的鲁棒性得到大幅提升。文献《基于滑模变结构的无轴承异步电机抗负载扰动控制系统》将滑模控制应用于电机驱动系统中，有效减小了外界扰动对电机转矩的影响，提高了系统的抗负载扰动的能力。文献《一种电力巡检机器人运行姿态的控制方法及装置》将滑模控制应用于机器人控制系统中，有效增强电力巡检机器人在巡检运动过程中的抗干扰能力。但是滑模控制本身存在一个抖振问题，会影响系统的跟踪精度。Utkin学者首先提出了等效滑模的概念，用来解决滑模抖振问题。等效滑模控制由等效控制项和切换鲁棒控制项两部分组成，等效控制项控制系统状态能够达到滑模面，切换鲁棒控制项保证系统的状态不脱离滑模面，而常规的切换鲁棒控制项采用的是符号函数，由于光电稳定系统中存在不确定性和较大干扰，符号函数的存在会给系统带来较大的抖振，导致系统的跟踪性能降低。鉴于此，本发明将滑模控制应用于光电稳定控制系统中，并对常规的等效滑模控制加以改进，大大提高了光电稳定系统的抗扰动能力。

发明内容

针对当前光电稳定平台的扰动抑制能力不足，无法满足更高精度的稳定控制需求，本发明提出了一种提高等效滑模控制扰动抑制能力的控制方法，该方法采用滑模控制器来进行闭环控制，利用滑模控制快速响应、对参数变化及扰动不灵敏的优点，来抑制外界扰动对系统的干扰，从而提高系统的跟踪能力。

为实现本发明的目的，本发明提供的技术方案为：一种提高等效滑模控制扰动抑制能力的控制方法，如下步骤所述：

步骤(1)：在光电稳定平台的两偏转轴上分别安装陀螺和CCD传感器，用以分别敏感平台两轴在惯性空间运动的角速度和位置；

步骤(2)：通过频率响应测试仪可对平台的位置频率对象特性进行测试，参考信号为功率驱动的输入值，反馈信号为CCD采样值，从而可获得较高精度的开环位置对象模型；

步骤(3)：选取切换函数当系统状态在滑模面上运动时，即s＝0，随着时间趋于无穷大，误差和误差的变化率也将趋于0。此外，当系统状态在滑模面上，系统受到外部扰动时具有不变性，所以该滑模面的滑动模态区渐进稳定且鲁棒性好；

步骤(4)：根据步骤(2)获取的开环位置对象模型和步骤(3)选取的切换函数推导出等效滑模控制器的时域表达式，使趋近运动在有限时间内到达切换面，并且在趋近的过程中快速、抖振小；

步骤(5)：进行仿真分析，通过极点配置法和最优法选取合适的参数，使系统闭环稳定且稳态误差最小。

其中，步骤(1)中陀螺仅仅是用来测角速度，而不是用来做角速度闭环。