[发明专利]一种用于光电跟踪系统的模糊II型控制器设计方法

说明书

本发明提供一种用于光电跟踪系统的模糊II型控制器设计方法，属于光电系统跟踪控制领域。在常用的双闭环I型系统中加入积分环节提高型别，成为II型系统，可以提高减小稳态误差，但会使系统阶跃响应超调量增加，加剧系统震荡。本发明引入模糊控制器与积分环节串联后并联到光电跟踪系统的前向通路中，通过误差状态判断积分环节增益的大小，在提高系统稳态精度的同时，解决了跟踪时出现的大超调问题，有效抑制型别升高带来的震荡。本发明不依赖于精确的数学模型，不限定于特定系统，适用性广泛。

技术领域

本发明属于光电系统跟踪控制领域，具体涉及一种用于光电跟踪系统的模糊II型控制器设计方法，模糊II型控制器为模糊控制器结合高型结构，应用于双闭环控制方法中，有效解决高型系统震荡问题，充分提高光电系统的稳态跟踪精度。

背景技术

光电跟踪系统是集成光、机、电一体的多学科技术，主要应用于运动目标轨迹测量、天体目标观测、航天器轨道确定、空间光束通信等领域，具有广泛的应用价值。目前目标运动速度随着技术发展越来越快，机动性更强，跟踪误差不可避免。高型系统可以有效抑制系统跟踪误差，提高跟踪系统的稳态精度。然而型别升高会使系统阶跃响应的超调量增加，加剧系统震荡。由此，“动态高型”方法被提出以解决此问题，即根据系统状态判断积分环节的接入与断开，实时改变系统型别，可以有效抑制高型结构带来的震荡问题。

然而动态高型技术存在两个主要问题：

1)积分环节通断的时机判断问题：根据系统误差大小判断积分通断，然而只能通过实验测量出系统的误差范围，无法界定误差的阈值。在前人的工作中有人为给定阈值，没有理论依据。

2)积分环节接入和断开的瞬间会给系统带来抖动，使系统不稳定。

针对以上问题，本发明提出一种用于光电跟踪设备的模糊II型控制器设计方法。在经典双闭环结构基础上，并联一个两输入单输出模糊控制器和一个积分环节，模糊控制器的输入为系统跟踪误差及误差变化率，输出为积分环节的增益。该增益可以从零开始动态变化，以此实现“动态”高型系统的构想。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：提出一种用于光电跟踪系统的模糊II型控制器设计方法，通过动态改变积分环节增益，实时调整系统状态，避免高型系统给系统带来的震荡，提高系统稳态精度。

本发明采用的技术方案为：一种用于光电跟踪系统的模糊II型控制器设计方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：建立光电跟踪系统经典双闭环控制系统数学模型，得到其静态误差系数；

步骤2：在速度环之前并入一个模糊控制器和一个积分环节构成模糊II型结构；

步骤3：模糊控制的输入为系统跟踪误差及误差的变化率，对其进行模糊化，并设计隶属函数；根据输入输出关系，对模糊规则进行总结；

步骤4：对输出量进行清晰化，得到积分环节增益的精确值；

步骤5：将得到的控制参数的实际值发送到速度环节，再次计算静态误差系数，实时调整系统状态。

进一步地，系统工作原理：

所述步骤1具体为：

建立光电跟踪系统经典双闭环系统数学模型，其传递函数为：

显然这是一个I型系统，其静态误差系数分别为：

速度误差系数K_v：

K_ν＝k

加速度误差系数K_a：

K_a＝0

所述步骤3具体为：