桂林航天工业学院电子信息与自动化学院，广西 桂林 541004
为了进一步抑制装配误差扰动对快速反射镜控制系统输出性能的影响，提升系统的跟踪精度，基于干扰观测原理，提出了一种具有内、外双干扰观测环节的扰动抑制方法。分析了快速反射镜组件装配误差对控制系统精度的影响，建立了不平衡力矩扰动的等效数学模型；利用内环干扰观测环节实现对中高频扰动的抑制，应用外环干扰观测环节补偿内环干扰观测环节的中低频扰动放大作用并提供中低频扰动抑制；分析了提出方法的输入和误差信号传递过程，设计了扰动抑制系统各控制器的控制参数；搭建了虚拟样机仿真测试平台，对控制系统的性能进行了测试。结果显示，加入双干扰观测环节前后，虚拟样机系统的调节时间误差为0.54%，对于15 Hz等效扰动，扰动抑制能力提升了25.23%。理论和实验结果表明，双干扰观测环节的引入可以有效抑制装配误差的扰动。
仪器，测量与计量 快速反射镜 扰动抑制 干扰观测器 装配误差 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0512008
针对扰动会对航空成像系统像旋补偿伺服机构跟踪精度产生影响的问题, 提出一种改进型复合控制算法。首先, 针对等效扰动, 提出一种基于有限时间双曲正弦跟踪微分器(FSTD), 用来构造改进非线性干扰观测器(NDO), 使系统对参数摄动不敏感且对扰动估计更加精确; 其次, 为了提升系统的跟踪精度, 结合变速趋近律的思想设计新型高阶滑模控制器(N-HSMC), 保证系统快速性的同时还能有效削弱抖振; 最后, 通过仿真对比验证了所提算法的有效性。
伺服系统 跟踪微分器 非线性干扰观测器 变速趋近律 滑模控制 servo system tracking differentiator Nonlinear Disturbance Observer (NDO) variable-speed reaching law Sliding Mode Control (SMC)
针对全驱动无人船(USV)的轨迹跟踪问题, 提出了一种模型预测控制和积分滑模控制相结合的双层控制方法。首先, 针对无人船系统的运动学模型, 设计模型预测控制器(MPC)根据期望轨迹得到满足约束条件的期望速度信号; 针对动力学模型, 设计积分滑模控制器(ISMC)使得系统在外界干扰存在的情况下, 实现对期望信号的跟踪, 提高了系统的鲁棒性; 设计非线性干扰观测器对外界干扰进行估计, 并在控制律的设计过程中进行补偿; 最后, 采用李雅普诺夫方法证明了系统的稳定性。数值仿真证明了两者的结合可以有效地实现全驱动无人船的轨迹跟踪。
全驱动无人船 轨迹跟踪 模型预测控制(MPC) 积分滑模控制(ISMC) 非线性干扰观测器 fully-actuated unmanned surface vessel trajectory tracking Model Predictive Control(MPC) Integral Sliding Mode Control (ISMC) nonlinear disturbance observer
光学 精密工程
2023, 31(11): 1641
1 南京信息工程大学自动化学院，江苏 南京 210044
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国船舶重工集团公司第七一九研究所，湖北 武汉 430064
4 东北大学信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110167
Overview: The fast steering mirror is an important component of a high-precision photoelectric tracking system. Fast steering mirrors are generally driven by voice coil motors with high linearity, high sensitivity, and high bandwidth to ensure adequate tracking and anti-interference accuracy of the whole system. In recent years, with the expansion of applications, the photoelectric tracking system has expanded from a fixed platform mounted on a foundation to a moving platform. However, the environment in which the motion platform is located is more severe and the internal and external interference caused by the carrier attitude change will be more complex and intense, leading to a serious decrease in the accuracy of the visual axis stabilization, and even make the tracking target out of the field of view and lose the target. In general, for the photoelectric tracking system in a moving platform, the traditional passive interference suppression methods and the active interference suppression methods that treat the interference as lumped interference will not be enough to ensure the high-precision stability of boresight. Therefore, this paper proposes a sliding mode composite layered interference observation and compensation control strategy which combines harmonic interference observation and extended state observation. Firstly, the harmonic disturbance observer is used to observe the harmonic disturbance with a priori frequency information. Then, the extended state observer is used to observe other unknown disturbances. Finally, based on the observed multi-source interference, the sliding mode nonlinear method with anti-interference ability is used to design a composite controller to maximize the suppression of multi-source disturbances suffered by the system. The experiment shows that the sliding mode composite layered interference observation compensation method proposed in this paper can estimate multi-source interference more accurately, has stronger interference suppression ability, and obtains higher boresight stabilization accuracy for the fast steering mirror compared with the traditional single interference observation compensation method.
快反镜 视轴稳定 复合分层 谐波干扰观测器 扩张状态观测器 滑模 fast steering mirror LOS stability composite layered harmonic disturbance observer extended state observer sliding mode
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学空地激光通信国防重点学科实验室，吉林 长春 130022
为了减少机载激光通信光电跟踪稳定平台的脱靶量误差，提出一种基于观测器的二自由度内模控制方法。以经过电流环化简后的速度环为被控对象，采用二自由度内模控制对系统进行校正，将干扰观测器的控制律引入到二自由度内模控制中以降低模型误差和外部扰动对系统性能的影响。通过仿真和实验验证了所提方法的高性能。实验结果显示，改进的内模控制在抗干扰能力、鲁棒性和跟踪性能上都优于传统内模控制；将改进的内模控制算法用于实际系统中也有较好的跟踪性能，其跟踪精度约为143 μrad，与传统内模控制相比提高了约24%。
光纤光学与光通信 机载激光通信 二自由度内模控制 干扰 干扰观测器 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0106007
1 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
2 西北工业大学, 西安 710000
3 哈尔滨飞机工业集团有限责任公司, 哈尔滨 150000
4 山西文水90队,山西 文水 032000
5 中国人民解放军93126部队, 北京 100000
针对机载环境下控制系统受到干扰和噪声的双重影响, 而传统干扰观测器难以有效抑制噪声影响的问题, 引入了一种降噪干扰观测器, 能同时抵抗扰动和噪声的影响。首先, 介绍了传统干扰观测器的原理, 分析了传统干扰观测器不能抑制噪声影响的原因;然后, 分析了降噪干扰观测器的原理, 发现通过选择合适的滤波器, 系统能同时获得比较好的抗扰和抗噪能力;最后, 设计了控制器和降噪干扰观测器, 并进行了仿真实验, 仿真结果证实了理论分析, 系统同时具有抗扰和抗噪能力。
光电稳定平台 降噪干扰观测器 干扰观测器 滤波器 electro-optical stabilized platform noise reduction disturbance observer disturbance observer filter
1 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
针对光电稳定平台的建模不确定性和未建模不确定性问题, 提出一种基于扰动估计的自适应鲁棒控制算法。该算法将自适应鲁棒控制(ARC)和干扰观测器(DOB)相结合, 并将干扰观测器得到的扰动估计值融合进自适应鲁棒控制算法设计中, 利用自适应鲁棒控制的参数自适应律对其进行自适应补偿, 进一步提高光电稳定平台的稳态精度。仿真结果表明, 所提算法与直接采用传统DOB前馈补偿相比具有超调量小、调节时间短的优点, 并且有效地提高了光电稳定平台的扰动抑制能力。
光电稳定平台 干扰观测器 自适应鲁棒控制 李雅普诺夫函数 photoelectric stabilized platform disturbance observer Adaptive Robust Control (ARC) Lyapunov function
为了提高突防导弹末段突防能力,且保证突防导弹对机动目标的打击精度,提出了一种新型突防制导律。首先,基于自适应干扰观测器估计目标加速度,所设计的观测器不仅可以在有限时间内估计出目标加速度,且无需已知目标加速度上界信息;其次,由制导误差与法向突防机动速度构造滑模面,通过机动衰减设计保证制导精度不受所附加突防机动的影响;再次,基于估计目标加速度以及突防机动连续化设计构建了制导律,该制导律不仅可保证制导误差有限时间收敛,而且连续变化; 最后,考虑机动目标、拦截器和突防弹三方完成攻防对抗仿真,仿真结果证明,所设计制导律可实现高精度及强突防的制导性能。
自适应干扰观测器 滑模控制 有限时间收敛 连续控制 机动突防 机动目标 adaptive disturbance observer sliding-mode control finite-time convergence continuous control maneuvering penetration maneuvering target
1 光电控制技术重点实验室，河南 洛阳 471000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471000
为了提高机载光电稳定平台的动态性能及稳定精度，提出了一种非线性积分滑模的控制方法，该方法可以解决传统滑模具有的稳态误差及传统积分滑模超调量大、调节时间长以及暂态性能恶劣等问题; 采用改进的指数趋近律，可加快响应速度并减小抖振。另外，将非线性积分滑模面引入滑模观测器，提高了系统的抗扰能力。仿真结果表明，与传统滑模、传统线性积分滑模相比，该方法可以无超调、更快、更准确地跟踪输入指令，并且瞄准线稳定精度相较于传统滑模提高28.43%。因此，所设计的控制方法既提高了系统的动态性能，也提高了平台的稳定精度。
光电稳定平台 速度环 非线性积分滑模 滑模干扰观测器 electro-optical stabilized platform velocity loop nonlinear integral sliding mode control sliding mode disturbance observer
