[发明专利]一种新型扰动观测补偿控制器及其实现方法

说明书

本发明公开了一种新型扰动观测补偿控制器，和一种新型扰动观测补偿控制器实现方法。本发明区别于目前扰动观测与补偿技术中广泛采用的，内模扰动观测补偿和状态空间观测器，引入了自抗扰与内模控制技术结合的方法，辅助分析与设计扰动观测补偿控制器。该新型扰动观测补偿控制器包括系统控制器，还包括扩张状态观测器ESO，被控对象闭环建模模块，以及内模控制器。本发明解决了由于被控对象模型不确定造成的扰动观测误差，缓解了扰动观测精度和建模精确度之间的矛盾，极大提高了扰动观测与补偿精度，简化了新型扰动观测补偿控制器的设计步骤。这种控制器扰动观测精度高，扰动补偿效果好，设计步骤简单，便于工程实现。

技术领域

本发明涉及一种新型扰动观测补偿控制器及其实现方法，应用于光电捕获，跟踪系统例如光电望远镜，属于跟踪控制技术领域。

背景技术

随着科学技术进步，现代光电跟踪系统逐渐走向智能化，基于地基平台的光电跟踪系统已经无法满足现代科学观测的需求，因此基于运动平台的光电跟踪系统，例如车载光电望远镜，船载光电望远镜应运而生。基于运动平台的光电跟踪系统不仅需要解决摩擦扰动，不平衡力矩扰动等系统内部的扰动，同时也面临新的挑战，即是，复杂的载体扰动和环境扰动。具体而言，载体扰动指由于载体运动对光电跟踪系统造成的扰动，例如车体刹车，转弯，船体随波浪起伏，摇摆。而环境扰动则包括，风扰，电磁干扰，温度干扰等。如何有效的抑制这些光电跟踪系统内部，外部的扰动，是基于运动平台的光电跟踪系统面临的难题。

目前基于运动平台的光电跟踪系统控制器设计方法采用传统PID控制策略，通过对转台的机械与电气特性建模，设计相关PID参数，并通过工程反复调试的方法实现系统的捕获与跟踪控制。传统PID控制对摩擦扰动，风扰等扰动有一定的抑制能力，但由于PID控制器带宽有限，无法更进一步的抑制扰动。于是基于内模的扰动观测与补偿控制器被提出，这种扰动观测与补偿控制器设计步骤简单，能较好的补偿已建模部分的扰动，同时对低频扰动也有较好的抑制效果。但内模控制器对模型敏感，如果模型不准确，内模控制器对扰动的抑制效果将极大减弱。为了解决模型不确定问题，自抗扰控制技术被提出，这种基于扩张观测器的自抗扰技术对被控对象模型不敏感，甚至无需被控对象模型也能观测并补偿扰动，同时观测器的观测带宽可以设计得很宽，因此对中高频扰动和突发扰动也有一定抑制效果。但是，由于事先未知被控对象模型，扩张观测器参数整定困难，无法达到内模控制器对扰动的观测精度。

目前，内模控制器，如图2，扩张观测器，如图1，能满足大多数场合对扰动的抑制需求，但随着现代科技对光电跟踪系统精度要求越来越高，基于运动平台的光电跟踪系统的扰动越发复杂，无论是内模扰动观测器还是扩张状态观测器都难以满足需求，因此需要研究一种新型的扰动观测与补偿控制器，兼具内模控制器和扩张观测器的优点，即是，对被控对象模型不敏感，对低频，中频段扰动观测精度高，对突发扰动有抑制效果，鲁棒性强，同时这种扰动观测与补偿控制器设计步骤简单，易于工程实现。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷或改进需求，本发明解决了如下扰动观测与补偿问题：结合现有的内模扰动观测与补偿控制技术和扩张状态空间观测器技术，提出了一种新型扰动观测补偿控制器，缓解了基于运动平台的光电跟踪系统中，扰动观测补偿控制器对被控对象模型的依赖和对扰动观测与补偿的精度之间的矛盾，并提出了一种新型扰动观测补偿控制器实现方法。新型扰动观测补偿控制器兼具内模控制器和扩张观测器的优点，不依赖被控对象模型，对低频，中频段扰动观测与补偿精度高，对突发扰动有抑制效果，鲁棒性强，同时这种扰动观测与补偿控制器设计步骤简单，易于工程实现。符合当前基于运动平台的光电跟踪系统中扰动抑制又快又准的技术需求，具有较强的自适应性。解决了基于运动平台的光电跟踪系统中，被控对象建模不准确对扰动观测与补偿的影响，拓宽了当前扰动观测与补偿控制器的带宽，对中频扰动，突发扰动也有一定抑制效果。

本发明所解决的技术问题可由以下技术方案来实现：