CN117471921B - 扰动观测抑制与目标跟踪系统 - Google Patents

扰动观测抑制与目标跟踪系统 Download PDF

Info

Publication number
CN117471921B
CN117471921B CN202311799095.3A CN202311799095A CN117471921B CN 117471921 B CN117471921 B CN 117471921B CN 202311799095 A CN202311799095 A CN 202311799095A CN 117471921 B CN117471921 B CN 117471921B
Authority
CN
China
Prior art keywords
driving voltage
disturbance
rotation angle
observer
control unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202311799095.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117471921A (zh
Inventor
李醒飞
何梦洁
拓卫晓
周政
刘雅琪
王天宇
郝健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN202311799095.3A priority Critical patent/CN117471921B/zh
Publication of CN117471921A publication Critical patent/CN117471921A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117471921B publication Critical patent/CN117471921B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

一种扰动观测抑制与目标跟踪系统，包括：惯性参考模块包括：成像装置基于发光装置发射的基准光束测量发光装置发生第一运动的第一转角；自抗扰控制模块包括：控制单元基于参考转角得到第一驱动电压；改进Smith预估器包括：第一通道基于第一驱动电压和第一转角得到第二转角；反馈通道基于第一转角和第一通道得到第一补偿电压；扩张状态观测器基于第二转角和第一驱动电压，得到第一观测值和第二观测值；控制单元利用第一观测值更新第一驱动电压，并利用第二观测值和更新后得到的第一驱动电压得到第二驱动电压，控制单元利用第一补偿电压和第二驱动电压得到第三驱动电压；驱动器基于第三驱动电压驱动发光装置发生第二运动，使基准光束转动至参考转角。

Description

扰动观测抑制与目标跟踪系统
技术领域
本发明涉及惯性参考单元跟踪控制领域，具体涉及一种扰动观测抑制与目标跟踪系统。
背景技术
惯性参考单元是由惯性传感器组成的姿态测量系统，在目标跟踪系统中可以提供相对于惯性空间稳定的基准光束，为有效载荷的目标定位与跟踪提供精确的载体坐标系。目标跟踪系统利用图像探测器对目标进行捕获，获得目标与基准光束的偏差，即脱靶量，并利用脱靶量信号反馈实现对目标的跟踪，使目标一直处于系统的视轴中心。
当跟踪目标发生移动时，图像探测器的脱靶量将使基准光束偏转，但是，由于图像传感器积分成像、系统传输导致的时滞和角速度内环的残余扰动等因素，使惯性参考单元存在跟踪精度较低的不足。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种扰动观测抑制与目标跟踪系统，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一，通过设置自抗扰控制模块可以减小由于成像装置的时滞引起的测量误差，从而可以提高惯性参考单元的跟踪精度。
本发明的一个方面的实施例提供了一种扰动观测抑制与目标跟踪系统，包括：惯性参考模块，包括：惯性参考单元，包括发光装置，上述发光装置被配置为发射基准光束；成像装置，被配置为基于上述基准光束测量在总扰动信号的作用下，上述发光装置发生第一运动的第一转角；自抗扰控制模块，包括：控制单元，被配置为基于输入的参考转角得到第一驱动电压；改进Smith预估器，包括：第一通道，被配置为基于上述第一驱动电压和上述第一转角得到补偿上述成像装置的时滞后的第二转角；反馈通道，被配置为基于上述第一转角和上述第一通道得到用于补偿上述第二转角精度的第一补偿电压；扩张状态观测器，被配置为基于上述第二转角和上述第一驱动电压，得到上述第二转角的第一观测值和上述总扰动信号的第二观测值；其中，上述控制单元利用上述第一观测值更新上述第一驱动电压，并利用上述第二观测值和上述更新后得到的第一驱动电压得到第二驱动电压，上述扩张状态观测器基于上述第二驱动电压更新上述第二观测值和上述第一观测值，上述控制单元利用上述第一补偿电压和上述第二驱动电压得到第三驱动电压，上述Smith预估器利用上述第三驱动电压更新上述第二转角和上述第一补偿电压；驱动器，被配置为基于上述第三驱动电压驱动上述发光装置发生第二运动，使上述基准光束转动至上述参考转角。
可选地，还包括：前馈控制单元，被配置为基于参考转角和上述发光装置发生第一运动的第一角速度，生成用于补偿总扰动信息的扰动补偿信号，上述控制单元基于上述扰动补偿信号、上述更新后的第一驱动电压和上述更新后的第二观测值，更新上述第二驱动电压，并基于更新后的上述第二驱动电压和更新后的上述第一补偿电压更新上述第三驱动电压，上述驱动器利用更新后的上述第三驱动电压驱动上述发光装置发生第二运动，使上述发光装置转动至上述参考转角。
可选地，上述第一通道包括上述惯性参考模块中惯性参考单元的名义模型和预估补偿器的时滞因子。
可选地，上述反馈通道采用上述惯性参考单元的名义模型的逆模型，并在上述惯性参考单元的名义模型的逆上乘以一个低通滤波器，以补足上述惯性参考单元的名义模型的逆的阶数，得到上述第一补偿电压s1，从而补偿上述第二转角精度。
可选地，上述前馈控制单元包括：前馈滤波器，被配置为基于上述参考转角和上述第一角速度，生成用于补偿总扰动信息的上述扰动补偿信号。
可选地，上述反馈通道的模型Q S的传递函数Q S如下表示：
。
其中，ω s为低通滤波器的截止频率，为上述惯性参考单元的名义模型的逆，s为复变量。
可选地，上述第二转角如下表示：
。
其中，为上述惯性参考单元的名义模型，/>为预估补偿器的时滞因子，/>为更新后的上述第二驱动电压，/>为时滞时长，/>为复变量。
可选地，上述扩张状态观测器的观测误差如下表示：
。
其中，t为时间，为x(t)的微分，x(t)为自抗扰控制模块在t时刻的状态变量，为z(t)的微分，z(t)扩张状态观测器在t时刻的状态变量，/>，，β 1和β 2为扩张状态观测器的增益系数，/>，e(t)=x(t)-z(t)，，h为扰动信号的微分。
可选地，上述自抗扰控制模块在t时刻的状态变量的微分和扩张状态观测器在t时刻的状态变量的微分/>分别如下表示：
。
。
其中，，F=[-k p-1]，k p为控制单元的增益，/>为扩张状态观测器在时刻的状态变量，/>为在/>时刻的参考转角，/>为/>的微分，/>为的微分，z(t)扩张状态观测器在t时刻的状态变量，/>为扩张状态观测器在/>时刻的状态变量，/>为/>的微分，/>为在/>时刻的参考转角，/>为的微分，/>，/>为时滞时长。
可选地，上述前馈控制单元的闭环传递函数G fp如下表示：
。
其中，C p为控制单元中的跟踪控制器的传递函数，G v_closed为惯性参考模块中角速度环闭环的实际模型，G v_closed=1，k FC为参考转角的融合权重系数，Q F为前馈滤波器的传递函数，k FV为第一角速度的融合权重系数，s为复变量。
根据本发明实施例，由于成像装置在成像检测会产生时滞问题，第一转角的检测值不准确，并非发光装置发生第一运动真实转动的角度。通过设置第一通道得到的第二转角，可以补偿时滞影响。但第一通道由于惯性参考模块中惯性参考单元的名义模型的辨识精度及阶数的限制，存在补偿精度较低的不足。通过设置反馈通道得到的第一补偿电压，可以补偿第二转角的精度，减小跟踪误差。因此，基于第一补偿电压得到的第三驱动电压可以使基准光束较为精准的转动至参考转角，从而可以提高惯性参考单元的跟踪精度。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例提供的扰动观测抑制与目标跟踪系统的框图；
图2示出了如图1所示的实施例的工作原理图；
图3示出了根据本发明另一实施例提供的扰动观测抑制与目标跟踪系统的框图；
图4示出了如图3所示的实施例的工作原理图；
图5示出了如图4所示的实施例的工作原理简化图。
1：惯性参考模块；
11：惯性参考单元；
111：平台；
112：基座；
113：音圈电机；
114：柔性支承；
115：发光装置；
116：微电子机械系统陀螺仪；
117：角速度传感器；
12：成像装置；
13：角速度环闭环；
2：自抗扰控制模块；
21：控制单元；
211：跟踪控制器；
2111：第一控制器；
2112：第二控制器；
22：改进Smith预估器；
221：第一通道；
2211：惯性参考单元的名义模型；
2212：时滞因子；
222：反馈通道；
23：扩张状态观测器；
3：驱动器；
4：前馈控制单元；
41：前馈滤波器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1示出了根据本发明实施例提供的扰动观测抑制与目标跟踪系统的框图。图2示出了如图1所示的实施例的工作原理图。
如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种扰动观测抑制与目标跟踪系统。该系统包括惯性参考模块1、自抗扰控制模块2和驱动器3。
根据本发明实施例，惯性参考模块1包括惯性参考单元11和成像装置12。惯性参考单元11包括平台111、基座112、音圈电机113、柔性支承114和发光装置115。发光装置115可以发射基准光束。平台111可以通过柔性支承114和音圈电机113与基座112连接。发光装置115安装在平台111上。驱动器3通过驱动音圈电机113转动驱动平台111转动，进而驱动发光装置115转动，从而使基准光束转动至参考转角。发光装置115可以是激光器。成像装置12基于基准光束测量在总扰动信号的作用下，发光装置115发生第一运动的第一转角θ p。即第一转角θ p可以是成像装置12测量得到的测量值。成像装置12可以包括电荷耦合器件。
进一步地，自抗扰控制模块2包括控制单元21、改进Smith预估器22和扩张状态观测器23。改进Smith预估器22包括第一通道221和反馈通道222。控制单元21可以基于输入的参考转角θ r得到第一驱动电压u 1。第一通道221可以基于第一驱动电压u 1和第一转角θ p得到补偿成像装置12的时滞后的第二转角θ s。反馈通道222可以基于第一转角θ p和第一通道221得到用于补偿第二转角θ s精度的第一补偿电压s 1。扩张状态观测器23可以基于第二转角θ s和第一驱动电压u 1，得到第二转角θ s的第一观测值z 1和总扰动信号的第二观测值z 2。
进一步地，控制单元21可以利用第一观测值z 1更新第一驱动电压u 1，并利用第二观测值z 2和更新后得到的第一驱动电压u 1得到第二驱动电压u 2。扩张状态观测器23可以基于第二驱动电压u 2更新第二观测值z 2和第一观测值z 1。控制单元21可以利用第一补偿电压s 1和第二驱动电压u 2得到第三驱动电压u 3。Smith预估器可以利用第三驱动电压u 3更新第二转角θ s和第一补偿电压s 1。驱动器3可以基于第三驱动电压u 3驱动音圈电机113带动发光装置115发生第二运动，使基准光束转动至参考转角。
进一步地，速度内环控制器，即惯性参考模块1中角速度环闭环13可以是用于抑制扰动干扰的。但是，惯性参考模块1仅依靠角速度环闭环13难以实现目标跟踪，需要引入跟踪回路，即自抗扰控制模块2，利用成像装置12测量的第一转角进行目标跟踪。θ r为外部输入至控制单元21的跟踪参考角度，在本发明的实施例中，θ r=0，图1至图2中各箭头处的“-”表示对对应的信号进行负反馈控制。
进一步地，目标跟踪系统中存在角速度环闭环13的残余扰动和由于成像装置12的成像原理导致的时滞等问题。并且随着时滞时长的增加，自抗扰控制模块2中控制单元21的相位滞后随着频率的增加逐步增大，相角裕度逐渐减小，会限制控制单元21的设计。可以通过设置自抗扰控制模块2的结构解决速度环残余扰动和时滞问题，以提高跟踪精度。
根据本发明实施例，由于成像装置12在成像检测会产生时滞，进而导致第一转角θ p的检测值不准确，并非发光装置115发生第一运动真实转动的角度。通过设置第一通道221得到的第二转角θ s，可以补偿时滞影响。但第一通道221由于惯性参考模块1中惯性参考单元的名义模型2211的辨识精度及阶数的限制，存在补偿精度较低的不足。通过设置反馈通道222得到的第一补偿电压s 1，可以补偿第二转角θ s的精度，减小跟踪误差。因此，基于第一补偿电压s 1得到的第三驱动电压u 3可以使基准光束较为精准的转动至参考转角，从而可以提高惯性参考单元11的跟踪精度。
根据本发明实施例，第一通道221包括惯性参考模块1中惯性参考单元的名义模型2211和预估补偿器的时滞因子2212。
惯性参考模块1的特性G p可以如下表示：
（1）。
其中，s可以是复变量，可以是惯性参考模块1中成像装置12引起的实际时滞时长，Gv_closed可以是惯性参考模块1中角速度环闭环13的实际模型，/>可以是预估补偿器的目标的时滞因子2212，即最终想要得到的时滞因子2212。由于角速度环闭环的带宽远大于扰动观测抑制与目标跟踪系统的控制带宽，因此，可以认为Gv_closed=1。实际时滞时长主要由精电视积分时间、图像软件处理时间以及采样与通讯的时间构成。可以根据惯性参考模块1中器件的参数确定预估补偿器的时滞因子2212。通过设置第一通道221可以对系统时滞进行估计，并将误差量反馈到控制单元21，以改善时滞对系统相位的影响，从而可以提高控制性能。
根据本发明实施例，反馈通道222采用惯性参考单元的名义模型2211的逆模型，并在惯性参考单元的名义模型2211的逆上乘以一个低通滤波器，以补足惯性参考单元的名义模型2211的逆的阶数，得到第一补偿电压s1，从而补偿第二转角θ s的精度。
进一步地，在自抗扰控制模块2中，从控制单元21输出的第四驱动电压u 4至自抗扰控制模块2输出θ s的传递函数可以如下表示：
（2）。
其中，G np可以是惯性参考单元的名义模型2211的传递函数。Q S可以是反馈通道222的传递函数。可以是预估时滞时长。/>可以是与预估时滞时长对应的预估补偿器的时滞因子2212。
进一步地，当惯性参考单元的名义模型2211与惯性参考单元的实际模型相匹配，预估时滞时长与实际时滞时长相匹配时，即时，从控制单元21输出的第四驱动电压u 4至自抗扰控制模块2输出θ s的传递函数可以如下表示：
（3）。
进一步地，由于角速度环闭环的模型辨识误差等因素均会导致补偿精度下降，增加的反馈通道222可以有效缓解这个问题。为了使补偿后的模型能够更加接近G np，可以设置，考虑到/>在实际应用中常属于非因果系统，可以采用低通滤波器对/>的阶数进行补偿。
进一步地，具有补足的阶数功能的反馈通道222可以如下表示：
（4）。
其中，ω s可以是低通滤波器的截止频率。
进一步地，从控制单元21输出的第二驱动电压u 2至自抗扰控制模块2输出第二转角θ s的传递函数可以如下表示：
（5）。
根据泰勒级数，公式（5）可以简化为：
（6）。
其中，可以是第二转角，/>可以是更新后的第二驱动电压。经过改进Smith预估器22的补偿后，自抗扰控制模块2的传递特性已经不再受时滞带来的影响，只是在时间上延迟了/>时长。
根据本发明实施例，可以根据总扰动信号确定自抗扰控制模块2的状态空间方程、扩张状态观测器23的状态空间方程和控制单元21参数，自抗扰控制模块2的状态空间方程可以如下表示：
（7）。
其中，可以是x(t)的微分。/>。x(t)可以是自抗扰控制模块2在t时刻的状态变量。b 0可以是增益b的估计值。b可以是控制量增益。/>。/>可以是控制单元21在/>时刻输出的电压。/>。h可以是总扰动信号f的微分。θ(t)可以是在t时刻的第二转角。θ(t)=θ s。/>。/>。x 1=θ s。x 2可以是系统状态。。a可以是扰动观测抑制与目标跟踪系统的参数。总扰动包括总扰动信号和惯性参考模块1内部扰动信号。
进一步地，扩张状态观测器23的状态空间方程可以如下表示：
（8）。
其中，可以是z(t)的微分，z(t)可以是扩张状态观测器23在t时刻的状态变量，可以是控制单元21在/>时刻输出的电压，/>，β 1和β 2可以是扩张状态观测器23的增益系数，/>，/>可以是t时刻的总扰动信号f的观测值，/>可以是t时刻的第二转角θ s的观测值。
进一步地，控制单元21的输出电压u 5可以如下表示：
（9）。
其中，F=[-k p-1]，k p可以是控制单元21的增益，r(t)可以是t时刻的参考转角。可以是r(t)的微分。
进一步地，自抗扰控制模块2在t时刻的状态变量的微分和扩张状态观测器23在t时刻的状态变量的微分/>可以分别如下表示：
。
（11）。
其中，为扩张状态观测器23在/>时刻的状态变量，/>为/>的微分，/>为在/>时刻的参考转角，/>为/>的微分。
进一步地，令，扩张状态观测器23的观测误差/>可以如下表示：
（12）。
其中，e(t)=x(t)-z(t)。
根据本发明实施例，可以通过调整A-LC的特征根实现收敛，即当时，/>。而当观测误差趋近于零时，扩张状态观测器23相较于未补偿时滞时可以更加精确地观测系统状态与扰动。ω op可以是扩张状态观测器23的带宽。
图3示出了根据本发明另一实施例提供的扰动观测抑制与目标跟踪系统的框图。图4示出了如图3所示的实施例的工作原理图。
根据本发明实施例，如图3和图4所示，该系统还包括前馈控制单元421。前馈控制单元421被配置为基于参考转角θ r和发光装置115发生第一运动的第一角速度ω 1，生成用于补偿总扰动信息的扰动补偿信号f 1。控制单元21基于扰动补偿信号f 1、更新后的第一驱动电压u 1和更新后的第二观测值z 2，更新第二驱动电压u 2，并基于更新后的第二驱动电压u 2和更新后的第一补偿电压s 1更新第三驱动电压u 3。驱动器3利用更新后的第三驱动电压u 3驱动发光装置115发生第二运动，使发光装置115转动至参考转角。
根据本发明实施例，自抗扰控制模块2可将时滞环节移动到角速度环闭环13之后，但是，扰动观测抑制与目标跟踪系统的输出仍具有一定的滞后。在融合前馈控制单元421后，可以提高响应速度，可以实现无超调的目标跟踪，可以进一步提高扰动观测抑制与目标跟踪系统的响应速度与跟踪精度，从而提高目标跟踪系统的精度。
惯性参考单元11还包括分别安装在平台111上的微电子机械系统（MEMS ，MicroElectro Mechanical systems）陀螺仪116、基于磁流体动力学(MHD，Magnetohydroynamics)的角速度传感器117和传感融合器。微电子机械系统陀螺仪116适用于对平台111在总扰动信号的作用下产生的第一频率的角速度进行测量。基于磁流体动力学的角速度传感器117适用于对平台111在总扰动信号的作用下产生的第二频率的角速度进行测量。第一频率小于第二频率，第一角速度ω 1包括第一频率的角速度和第二频率的角速度。传感融合器适用于对第一频率的角速度和第二频率的角速度进行融合，得到第一角速度，并将该第一角速度发送至前馈控制单元421。
根据本发明实施例，前馈控制单元421包括前馈滤波器41。前馈滤波器41可以基于参考转角θ r和第一角速度ω 1，生成用于补偿总扰动信息的扰动补偿信号f 1。前馈控制单元421和自抗扰控制模块2可以构成控制结构。
根据本发明实施例，前馈控制单元421的闭环传递函数G fp可以如下表示：
（13）。
其中，C p为控制单元21中的跟踪控制器211的传递函数，G v_closed=1，k FC为参考转角的融合权重系数，Q F为前馈滤波器41的传递函数，k FV为第一角速度的融合权重系数。
进一步地，令1=Q F(k FC+ k FV)，可以通过合理的设计融合权重系数k FC和融合权重系数k FV，实现前馈控制单元421的无差跟踪。前馈滤波器41可以为低通滤波器。前馈控制单元421中可以设置微分跟踪器，用以获取输入信号的微分值，即参考转角θ r的微分值。
图5示出了如图4所示的实施例的工作原理简化图。
进一步地，如图5所示，扰动观测抑制与目标跟踪系统可以包括第一控制器2111和第二控制器2112。第一控制器2111的传递函数Cp1和第二控制器2112的传递函数Cp2可以分别表示为：
（14）。
（15）。
进一步地，在不设置前馈控制单元421情况下，扰动观测抑制与目标跟踪系统的开环传递函数G ol可以表示为：
G ol= Cp1Cp2 G np（16）。
在设置前馈控制单元421后，扰动观测抑制与目标跟踪系统的开环传递函数G ol'可以表示为：
（17）。
进一步地，若设前馈滤波器41为一阶低通滤波器，则有Q F=1/(Ts+1)，扰动观测抑制与目标跟踪系统的开环传递函数G ol'可以表示为：
（18）。
其中，T可以是时间常数，在仿真时可以设计为具体的数值。L F可以是前馈控制单元421的增益传递函数，。
根据本发明实施例，前馈控制单元421的增益传递函数L F可以表示为：
（19）。
进一步地，在前馈控制单元421与自抗扰控制模块2融合后，则有：
（19）。
其中，ω c，ω g为自抗扰控制模块2的穿越频率与增益频率，为简化计算，可以取β 1=2ω op，，b 0=1，j可以是虚数单位。
进一步地，当k p=0.5ω op时，前馈控制单元421的增益传递函数L F可以表示为：
（20）。
根据本发明实施例，通过设置第一通道221得到的第二转角θ s，可以补偿时滞影响。通过设置反馈通道222得到的第一补偿电压s 1，可以补偿第二转角θ s的精度，减小跟踪误差。因此，基于第一补偿电压s 1得到的第三驱动电压u 3可以使基准光束较为精准的转动至参考转角，从而可以提高惯性参考单元11的跟踪精度。自抗扰控制模块2可将时滞环节移动到角速度环闭环13之后。在融合前馈控制单元421后，可以提高响应速度，可以实现无超调的目标跟踪，可以进一步提高扰动观测抑制与目标跟踪系统的响应速度与跟踪精度，从而提高目标跟踪系统的精度。
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扰动观测抑制与目标跟踪系统，其特征在于，包括：
惯性参考模块，包括：
惯性参考单元，包括发光装置，所述发光装置被配置为发射基准光束；
成像装置，被配置为基于所述基准光束测量在总扰动信号的作用下，所述发光装置发生第一运动的第一转角；
自抗扰控制模块，包括：
控制单元，被配置为基于输入的参考转角得到第一驱动电压；
改进Smith预估器，包括：
第一通道，被配置为基于所述第一驱动电压和所述第一转角得到补偿所述成像装置的时滞后的第二转角；
反馈通道，被配置为基于所述第一转角和所述第一通道得到用于补偿所述第二转角精度的第一补偿电压；
扩张状态观测器，被配置为基于所述第二转角和所述第一驱动电压，得到所述第二转角的第一观测值和所述总扰动信号的第二观测值；其中，所述控制单元利用所述第一观测值更新所述第一驱动电压，并利用所述第二观测值和所述更新后得到的第一驱动电压得到第二驱动电压，所述扩张状态观测器基于所述第二驱动电压更新所述第二观测值和所述第一观测值，所述控制单元利用所述第一补偿电压和所述第二驱动电压得到第三驱动电压，所述Smith预估器利用所述第三驱动电压更新所述第二转角和所述第一补偿电压；
驱动器，被配置为基于所述第三驱动电压驱动所述发光装置发生第二运动，使所述基准光束转动至所述参考转角。
2.根据权利要求1所述的扰动观测抑制与目标跟踪系统，其特征在于，还包括：
前馈控制单元，被配置为基于参考转角和所述发光装置发生第一运动的第一角速度，生成用于补偿总扰动信息的扰动补偿信号，所述控制单元基于所述扰动补偿信号、所述更新后的第一驱动电压和所述更新后的第二观测值，更新所述第二驱动电压，并基于更新后的所述第二驱动电压和更新后的所述第一补偿电压更新所述第三驱动电压，所述驱动器利用更新后的所述第三驱动电压驱动所述发光装置发生第二运动，使所述发光装置转动至所述参考转角。
3.根据权利要求1所述的扰动观测抑制与目标跟踪系统，其特征在于，所述第一通道包括所述惯性参考模块中惯性参考单元的名义模型和预估补偿器的时滞因子。
4.根据权利要求1所述的扰动观测抑制与目标跟踪系统，其特征在于，所述反馈通道采用所述惯性参考单元的名义模型的逆模型，并在所述惯性参考单元的名义模型的逆上乘以一个低通滤波器，以补足所述惯性参考单元的名义模型的逆的阶数，得到所述第一补偿电压s1，从而补偿所述第二转角精度。
5.根据权利要求2所述的扰动观测抑制与目标跟踪系统，其特征在于，所述前馈控制单元包括：
前馈滤波器，被配置为基于所述参考转角和所述第一角速度，生成用于补偿总扰动信息的所述扰动补偿信号。
6.根据权利要求4所述的扰动观测抑制与目标跟踪系统，其特征在于，所述反馈通道的模型Q S如下表示：
；
其中，ω s为低通滤波器的截止频率，为所述惯性参考单元的名义模型的逆，s为复变量。
7.根据权利要求1所述的扰动观测抑制与目标跟踪系统，其特征在于，所述第二转角如下表示：
；
其中，为所述惯性参考单元的名义模型，/>为预估补偿器的时滞因子，/>为更新后的所述第二驱动电压，/>为时滞时长，/>为复变量。
8.根据权利要求1所述的扰动观测抑制与目标跟踪系统，其特征在于，所述扩张状态观测器的观测误差如下表示：
；
其中，t为时间，为x(t)的微分，x(t)为自抗扰控制模块在t时刻的状态变量，/>为z(t)的微分，z(t)扩张状态观测器在t时刻的状态变量，/>，/>，β 1和β 2 为扩张状态观测器的增益系数，/>，e(t)=x(t)-z(t)，/>，h为扰动信号的微分。
9.根据权利要求8所述的扰动观测抑制与目标跟踪系统，其特征在于，所述自抗扰控制模块在t时刻的状态变量的微分和扩张状态观测器在t时刻的状态变量的微分/>分别如下表示：
；
；
其中，，F=[-k p -1]，k p为控制单元的增益，/>为扩张状态观测器在/>时刻的状态变量，/>为在/>时刻的参考转角，/>为/>的微分，/>为/>的微分，z(t)为扩张状态观测器在t时刻的状态变量，/>为扩张状态观测器在/>时刻的状态变量，/>为/>的微分，/>为在/>时刻的参考转角，/>为的微分，/>，/>为时滞时长。
10.根据权利要求5所述的扰动观测抑制与目标跟踪系统，其特征在于，所述前馈控制单元的闭环传递函数G fp如下表示：
；
其中，C p为控制单元中的跟踪控制器的传递函数，G v_closed为惯性参考模块中角速度环闭环的实际模型，G v_closed=1，k FC为参考转角的融合权重系数，Q F为前馈滤波器的传递函数，k FV为第一角速度的融合权重系数，s为复变量。
CN202311799095.3A 2023-12-26 2023-12-26 扰动观测抑制与目标跟踪系统 Active CN117471921B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311799095.3A CN117471921B (zh) 2023-12-26 2023-12-26 扰动观测抑制与目标跟踪系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311799095.3A CN117471921B (zh) 2023-12-26 2023-12-26 扰动观测抑制与目标跟踪系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117471921A CN117471921A (zh) 2024-01-30
CN117471921B true CN117471921B (zh) 2024-03-15

Family

ID=89639912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311799095.3A Active CN117471921B (zh) 2023-12-26 2023-12-26 扰动观测抑制与目标跟踪系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117471921B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109143863A (zh) * 2018-09-13 2019-01-04 武汉科技大学 非线性系统的快速自学习改进adrc控制方法
CN109164709A (zh) * 2018-11-15 2019-01-08 中国科学院光电技术研究所 一种基于改进型Smith预估器的光电跟踪系统控制方法
CN110850722A (zh) * 2019-12-02 2020-02-28 曾喆昭 一种时滞系统的Smith互耦PI协同控制理论新方法
WO2020220469A1 (zh) * 2019-04-30 2020-11-05 东南大学 一种光电跟踪系统视觉测量时滞补偿方法
CN112213944A (zh) * 2019-07-12 2021-01-12 三菱电机(中国)有限公司 基于Smith预估器和自适应控制的时滞系统控制方法
CN114237254A (zh) * 2021-12-20 2022-03-25 中国海洋大学 基于Smith预估器和粒子群算法的无人船舵向PID控制设计方法
CN115128958A (zh) * 2022-07-21 2022-09-30 南京信息工程大学 一种前馈改进Smith预估器的光电跟踪控制方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109143863A (zh) * 2018-09-13 2019-01-04 武汉科技大学 非线性系统的快速自学习改进adrc控制方法
CN109164709A (zh) * 2018-11-15 2019-01-08 中国科学院光电技术研究所 一种基于改进型Smith预估器的光电跟踪系统控制方法
WO2020220469A1 (zh) * 2019-04-30 2020-11-05 东南大学 一种光电跟踪系统视觉测量时滞补偿方法
CN112213944A (zh) * 2019-07-12 2021-01-12 三菱电机(中国)有限公司 基于Smith预估器和自适应控制的时滞系统控制方法
CN110850722A (zh) * 2019-12-02 2020-02-28 曾喆昭 一种时滞系统的Smith互耦PI协同控制理论新方法
CN114237254A (zh) * 2021-12-20 2022-03-25 中国海洋大学 基于Smith预估器和粒子群算法的无人船舵向PID控制设计方法
CN115128958A (zh) * 2022-07-21 2022-09-30 南京信息工程大学 一种前馈改进Smith预估器的光电跟踪控制方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Two Degree of Freedom Active Disturbance Rejection Control Strategy for Time Delay Systems;Xiyuan Shan;《2023 42nd Chinese Control Conference (CCC)》;20230726;2554-2561 *
具有扰动观测及实时补偿的大型光电望远镜主轴控制技术;杨晓霞;《国外电子测量技术》;20141115;第33卷(第11期);56-61 *
惯性参考单元的变增益PI位置控制技术;刘雅琪;《仪器仪表学报》;20240103;第44卷(第10期);1-12 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN117471921A (zh) 2024-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6654658B2 (ja) 手振れ補正装置及び手振れ補正回路並びに手振れ補正方法
US8861947B2 (en) Method and system for correcting camera pointing angle in an actively stabilized system to compensate for translational movements
JP5139412B2 (ja) 角度測定の方法およびそれを実施するための角度測定ジャイロシステム
JPWO2006129612A1 (ja) 電動機制御装置
JP4736399B2 (ja) 駆動機構及び撮像装置
CN117471921B (zh) 扰动观测抑制与目标跟踪系统
JP2006306254A (ja) 自動飛行制御装置、自動飛行制御方法及び自動飛行制御プログラム
US20120140071A1 (en) Vibration cancellation for vehicle-borne gimbal-mounted sensor
US11586231B2 (en) Reaction compensation device and fast steering mirror system
JP5888115B2 (ja) 追尾装置および追尾方法
CN115453874A (zh) 一种基于扩张状态观测器的快速反射镜谐振控制方法
CN114640790A (zh) 光学图像稳定系统及用于改进光学图像稳定的方法
JP2020064239A (ja) 制御装置、レンズ装置、撮像装置、制御方法、および、プログラム
US10473949B2 (en) Systems and methods for an optical image stabilizer system
CN117526803A (zh) 基于频率自适应观测的扰动抑制系统
Dey et al. Design of decentralized two loop cascade control strategy for 3-axis platform stabilization
JPH10185679A (ja) 振動検出装置
JP2001100106A (ja) 像安定化装置
CN111736470B (zh) 一种使用扰动观测器代替前馈的控制方法
JP2016191852A (ja) 運動デバイス制御回路及びその制御方法、調整方法並びに運動デバイス制御装置
KR101587970B1 (ko) 자이로 센서 오프셋 보상 장치 및 방법
JP2011027774A (ja) レンズ鏡筒および光学機器
JP2017211443A (ja) 空間安定装置
JP2003270693A (ja) 像振補正装置およびこれを用いた撮像装置
JPH0337617A (ja) 防振カメラ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant