一种基于模型误差补偿的机载光电平台高精度跟踪控制器及其跟踪控制方法与流程

技术特征：

1.一种基于模型误差补偿的机载光电平台高精度跟踪控制器，其特征在于：所述的跟踪控制器包括方位向或俯仰向线性自抗扰控制器、模型误差补偿模块和机载光电平台模型建立模块；根据给定的光电平台方位向或俯仰向控制指令，方位向或俯仰向线性自抗扰控制器输出控制量到模型误差补偿模块；所述的模型误差补偿模块对所述的控制量进行误差补偿后，输出修正后的控制量给机载光电平台模型建立模块，在所述的机载光电平台模型建立模块，结合多源外部扰动，输出光电平台视轴在方位向或俯仰向上的偏转角和偏转角速度；所述的控制器的控制方法包括如下步骤：

步骤一：建立机载光电平台对象模型，包括机载光电平台对象在方位向和俯仰向模型，具体是：

方位向电机及负载的开环传递函数Goa(s)为：

其中，Tam，Tae，Kao分别代表方位环的机电时间常数、电磁时间常数以及开环增益，s为利用拉普拉斯变换求解传递函数的复变量；

俯仰向电机及负载的开环传递函数Gof(s)为：

其中，Tfm，Tfe，Kfo分别代表俯仰环的机电时间常数、电磁时间常数以及开环增益；

步骤二：将步骤一所建立的机载光电平台方位向和俯仰向模型分别简化，得到简化机载光电平台模型为：

步骤三：设计方位向和俯仰向线性自抗扰控制器，调试得到线性自抗扰控制器的参数；

步骤四：建立模型误差补偿模块；

所述的模型误差补偿模块为：

方位向：

俯仰向：

步骤五：对无人机角运动对机载光电平台的扰动进行建模；

两轴光电平台方位向和俯仰向的扰动量分别为：

其中，ωx,ωy,ωz为在机体坐标系中无人机绕机体轴的旋转角速度，θa,θf为在框架坐标系中光电平台视轴在方位向和俯仰向上的偏转角度；

步骤六：建立地面机动目标运动的数学模型，具体为：

其中XT，YT分别为地面机动目标在地面坐标系X轴和Y轴方向的坐标值，q为地面机动目标速度方向，为速度方向的变化率，nT为地面机动目标的过载值，t为时间变量，VT0为地面机动目标的速度初始值，XT0，YT0为地面机动目标在地面坐标系X轴和Y轴方向的初始位置坐标值；

步骤七：线性自抗扰控制器参数调整。

2.根据权利要求1所述的一种基于模型误差补偿的机载光电平台高精度跟踪控制器，其特征在于：所述的控制指令是指光电平台视轴在方位向的偏转角度或俯仰向的偏转角度。

3.根据权利要求1所述的一种基于模型误差补偿的机载光电平台高精度跟踪控制器，其特征在于：所述的方位向或俯仰向线性自抗扰控制器包括线性配置函数模块和三阶扩张状态观测器，具体处理过程为：首先接收到光电平台方位向或俯仰向控制指令，然后对方位向或俯仰向偏转角度进行微分计算，求出偏转角速度；并计算出偏转角误差和偏转角速度误差；接着，利用线性配置函数，根据偏转角误差、偏转角速度误差和系统扰动估计值，得到方位向或俯仰向线性自抗扰控制器的控制量。

4.一种基于模型误差补偿的机载光电平台高精度跟踪控制方法，其特征在于：包括以下几个步骤，

步骤一：建立机载光电平台对象模型，包括机载光电平台对象在方位向和俯仰向模型，具体是：

方位向电机及负载的开环传递函数Goa(s)为：

其中，Tam，Tae，Kao分别代表方位环的机电时间常数、电磁时间常数以及开环增益，s为利用拉普拉斯变换求解传递函数的复变量；

俯仰向电机及负载的开环传递函数Gof(s)为：

其中，Tfm，Tfe，Kfo分别代表俯仰环的机电时间常数、电磁时间常数以及开环增益；

步骤二：将步骤一所建立的机载光电平台方位向和俯仰向模型分别简化，得到简化机载光电平台模型为：

步骤三：设计方位向和俯仰向线性自抗扰控制器，调试得到线性自抗扰控制器的参数；

步骤四：建立模型误差补偿模块；

所述的模型误差补偿模块为：

方位向：

俯仰向：

步骤五：对无人机角运动对机载光电平台的扰动进行建模；

两轴光电平台方位向和俯仰向的扰动量分别为：

其中，ωx,ωy,ωz为在机体坐标系中无人机绕机体轴的旋转角速度，θa,θf为在框架坐标系中光电平台视轴在方位向和俯仰向上的偏转角度；

步骤六：建立地面机动目标运动的数学模型，具体为：

其中XT，YT分别为地面机动目标在地面坐标系X轴和Y轴方向的坐标值，q为地面机动目标速度方向，为速度方向的变化率，nT为地面机动目标的过载值，t为时间变量，VT0为地面机动目标的速度初始值，XT0，YT0为地面机动目标在地面坐标系X轴和Y轴方向的初始位置坐标值；

步骤七：线性自抗扰控制器参数调整。

5.根据权利要求4所述的一种基于模型误差补偿的机载光电平台高精度跟踪控制方法，其特征在于：所述的方位向或俯仰向线性自抗扰控制器包括线性配置函数和三阶扩张状态观测器，利用三阶扩张状态观测器计算总扰动的估计值；利用线性配置函数以及总扰动的估计值计算线性自抗扰控制器的控制量大小；

所述的线性配置函数为：

所述的三阶扩张状态观测器为：

其中，u1(t)，u2(t)，u3(t)分别为所述跟踪控制器的三个控制量；e1(t)为方位向或俯仰向的偏转角度信号与估计值之间的误差值；为偏转角度信号估计值的导数值；为角速度信号估计值的导数值；为机载光电平台总扰动估计值的导数值；x1(t)为方位向或俯仰向的偏转角度信号；为偏转角度信号x1(t)的估计值；x2(t)为方位向或俯仰向的角速度信号；为角速度信号x2(t)的估计值；为机载光电平台总扰动的估计值；a1，ωc，b，ωo均为方位向和俯仰向线性自抗扰控制器的设计参数；其中a1、b根据所述的简化的机载光电平台模型取值：方位环：a1＝Tam，俯仰环：a1＝Tfm，ωc，ωo通过调试得到。

6.根据权利要求4所述的一种基于模型误差补偿的机载光电平台高精度跟踪控制方法，其特征在于：步骤七中所述的参数调整是指根据给定精度要求对控制器参数ωc，ωo进行调整，具体为：

设方位向和俯仰向的给定仿真精度要求分别为ess_a和ess_f，调整的控制器参数为ωc，ωo；设ωac_tuning，ωao_tuning，ωfc_tuning，ωfo_tuning分别为方位向和俯仰向的带宽调整阈值，每次将控制器带宽增加一个带宽调整阈值，然后计算控制器的稳态精度是否小于等于仿真精度的要求ess_a和ess_f，若小于等于则停止调整带宽，当前控制器即满足设计要求，否则继续将控制器带宽增加一个带宽微调阈值，直到当前控制器的稳态精度达到仿真精度要求。