[发明专利]一种针对光电跟踪平台的基于模拟退火粒子群的滑模频域参数辨识方法

说明书

本发明公开了一种针对光电跟踪平台的基于模拟退火粒子群的滑模频域参数辨识方法。主要解决的是在工程问题中，如何将时域表达形式的滑模控制器转换为频域表达形式，从而获得工程所需的相位裕度、幅值裕度、带宽等参数，为工程应用提供了一种简单可行的滑模控制器参数辨识方法。本发明从频域角度出发，采用模拟退火粒子群方法对光电跟踪平台这种线性对象的滑模控制器进行参数辨识，提出了一套简单有效的滑模控制器参数由时域到频域的转换方法，具有很好的工程应用意义。

技术领域

本发明属于参数辨识领域，具体涉及一种针对光电跟踪平台的基于模拟退火粒子群的滑模频域参数辨识方法，主要用于将线性被控对象的滑模控制器的时域参数转换为频域参数，并求解其幅值裕度和相位裕度，为工程应用提供一种简单有效的控制器形式。

背景技术

本发明针对的是一种采用电涡流传感器进行闭环的光电跟踪平台，滑模变结构控制(SMC)是一种对系统参数变化和各类扰动不敏感的控制器，具有鲁棒性好、响应速度快及物理实现简单等优点。但滑模控制器的时域表达形式无法直接转换为频域表达形式，因此在工程应用中存在很大的局限性，不能直接获得工程中所需要的幅值裕度、相位裕度、带宽等指标。模拟退火粒子群算法是一种将粒子群算法和模拟退火算法相结合的算法，既有粒子群算法的全局寻优能力，又具有模拟退火算法的跳出局部最优解的能力。本发明采用了模拟退火算法对加入滑模控制器后的整体系统开环对象进行参数辨识，在扫频得到光电跟踪平台被控对象的基础上，可以得到滑模控制器的频域形式。在此基础上，求得系统闭环的频域传递函数，得到系统整体的幅值裕度、相位裕度、带宽等指标，为工程应用提供直接有效的指导。

发明内容

针对无法直接获得光电跟踪平台中滑模控制器的频域表达式这一问题，本发明提出了一种针对光电跟踪平台的基于模拟退火粒子群的滑模频域参数辨识方法。本方法采用具有全局寻优能力的模拟退火粒子群算法，对含有滑模控制器的光电跟踪平台系统进行开环辨识，并据此得到系统的带宽和稳定裕度等闭环性能指标。本发明提出了一套简单有效的滑模控制器参数由时域到频域的转换方法，具有工程应用意义。

为实现本发明的目的，本发明提供一种针对光电跟踪平台的基于模拟退火粒子群的滑模频域参数辨识方法，其方法步骤如下：

步骤(1)：在光电跟踪平台的X轴及Y轴安装电涡流传感器，用以测量平台系统的位置信息；

步骤(2)：通过频率响应测试仪(DSA)对稳定控制平台的被控对象进行频响测试，输入为电压值，输出为电涡流的采样值，通过对输入输出的模型进行对象辨识得到被控对象的模型G(s)；

步骤(3)：将光电跟踪平台被控对象转换为状态空间方程形式：根据拟合得到的被控对象G(s)，将其从s域传递函数模型转换为状态空间方程，形式为

其中：G(s)的状态空间模型形式如下：

其中，c＝[1 0]。y为光电跟踪平台位置环数据，v为光电跟踪平台速度数据，a₀,a₁,b等参数均可由将G(s)转换为状态空间形式得到。

步骤(4)：选取线性滑模面和指数趋近律并设计滑模控制器：针对光电跟踪平台的对象特点，选取线性滑模面进行控制，并采用指数趋近律的方法来改善系统趋近过程的动态品质，根据时间最优控制原理设计滑模控制器的参数；

其中：步骤(4)中线性滑模面的形式如下：

其中，e＝r-y＝r-x₁为位置跟踪误差，为速度跟踪误差。

步骤(4)中滑模指数趋近律，其形式如下：

其中，k和q都是正数，可以通过调整k和q的大小来改变趋紧速度和抖振程度。