一种双轴跟踪转台伺服系统改进自抗扰控制器及方法与流程

技术特征：
1.一种双轴跟踪转台伺服系统改进自抗扰控制器，其特征在于，包括：改进跟踪微分器、改进扩张状态观测器及状态误差反馈控制律；将基于转台设定的角位置θ
ref
输入至改进跟踪微分器，改进跟踪微分器经过安排过渡过程和提取微分信号，获得角位置的估计信号v1和微分信号v2；扩张状态观测器的其中两个输出量分别为角位置估计z1和角速度估计z2，采用elastoplastic摩擦模型对伺服转台系统运行中存在的非线性摩擦扰动进行补偿，并将其不可测部分作为新的状态量z3用以实时估计，分别将v1、v2与z1、z2作比较，获得角位置和角速度误差信号e1、e2，最后基于e1、e2以及新的扩张状态量z3设计状态误差反馈控制律，实现伺服转台的平稳跟踪。2.根据权利要求1所述的双轴跟踪转台伺服系统改进自抗扰控制器，其特征在于：所述改进跟踪微分器采用双曲正切函数实现，经过安排过渡过程和提取微分信号，获得角位置的估计信号v1和微分信号v2，公式如下所示：其中，v表示改进跟踪微分器输入，即角位置给定信号，参数r，p和m用于调节跟踪性能，参数n和q为与微分性能相关的设计参数。3.根据权利要求1所述的双轴跟踪转台伺服系统改进自抗扰控制器，其特征在于：所述改进扩张状态观测器如下：其中，β1＝3ω0，为观测器增益，ω0为观测器带宽，b0为控制增益，取决于原伺服系统参数，l1和l2为正的可调参数。根据角位置和角速度误差信号e1、e2设计模糊控制器，实现智能调节观测器带宽ω0，进而调节观测器增益；u为控制输入，由下述非线性函数确定：i＝1，2，3，e＝z1‑
θ，θ为转台运行时的实际角位置；α
i
，δ，γ为可调参数，在本发明中，α1＝0.5，α2＝0.25，α3＝0.125，δ＝0.01，γ＝0.1。4.根据权利要求1所述的双轴跟踪转台伺服系统改进自抗扰控制器，其特征在于：状态误差反馈控制律的公式，其中，为控制器增益，i＝1，25.根据权利要求1所述的双轴跟踪转台伺服系统改进自抗扰控制器，其特征在于：还包括对所述改进自抗扰控制器进行频域稳定性分析的验证部分，实现在频域下分析系统的稳定性；将所述改进自抗扰控制器转化为lurie系统，避免了时域条件下冗杂的稳定性分析过
程；所述lurie系统由线性前向通道传递函数g(s)和非线性反馈结构组成，完成转化后，只需在频域下采用圆判据分析g(s)的稳定性即可。6.一种如权利要求1所述双轴跟踪转台伺服系统改进自抗扰控制系统的实现方法，其特征在于，步骤如下：(1)首先提出改进跟踪微分器经过安排过渡过程和提取微分信号，获得角位置的估计信号v1和微分信号v2；(2)其次设计改进扩张状态观测器实现对角位置、角速度及摩擦状态的实时估计，分别得到角位置估计z1、角速度估计z2和非线性摩擦扰动估计z3；(3)最后基于前两步结果获得角位置和角速度的误差信号，设计状态误差反馈控制律，实现给定信号的平稳跟踪控制。

技术总结
本发明涉及一种双轴跟踪转台伺服系统改进自抗扰控制器，包括：改进跟踪微分器、改进扩张状态观测器及状态误差反馈控制律；改进跟踪微分器基于转台设定角位置θ


技术研发人员：张倩 吴旭 王群京 杨衡 符梦虎
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：2021.07.29
技术公布日：2021/10/18