基于扩张状态观测器的光电跟踪系统控制方法及装置

本发明涉及一种基于扩张状态观测器的光电跟踪系统控制方法及装置，属于光电跟踪系统控制。

背景技术：

1、在运动平台下的光电跟踪系统中，面临更为复杂和剧烈的干扰情况，这给系统设计增加了难度。与此同时，这些干扰也会严重影响系统的视轴指向精度，甚至可能导致目标脱离视场范围，从而无法完成任务。为了实现有效的干扰估计和前馈补偿，基于干扰观测器的相关控制方法通常需要准确的系统数学模型。然而，线性自抗扰控制可以有效地避免设计方案对数学模型的过度依赖。尽管如此，扩张状态观测器通常用于处理慢时变干扰，而在面对复杂多源干扰时存在一定局限性。文献《study of speed stabilization loop forairborne photoelectric platform based on active disturbance rejectioncontrol》(ciac，2019)提出利用被控对象的部分信息设计了可替自抗扰控制方案来提高干扰估计精度，然而，该方法在干扰估计精度提升方面有限，并且需要获取模型对象的部分信息。文献《anovel fuzzy extended state observer-based control for electro-optical tracking system with disturbances and measurement noises:design,analysis and experiments》(control engineering practice，2024)提出设计将adrc的核心元件扩张状态观测器(eso)转化为模糊自整定观测器结构，以解决干扰抑制能力与噪声衰减能力之间存在的矛盾。尽管通过运行状态对eso带宽进行自调谐进行自调谐可以减少扰动的峰值，降低测量噪声的影响，但仍存在进一步提升干扰抑制潜力的可能性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于扩张状态观测器的光电跟踪系统控制方法及装置，能够保证光电跟踪系统的视轴稳定精度。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种基于扩张状态观测器的光电跟踪系统控制方法，包括：

4、构建受多源干扰影响的光电跟踪系统的受扰动力学模型；

5、根据所述受扰动力学模型确定光电跟踪系统的扩张状态，并设计扩张状态观测器；

6、基于所述扩张状态观测器的干扰估计结果设计光电跟踪系统的主动干扰补偿控制器；

7、根据所述主动干扰补偿控制器进行干扰抑制和控制。

8、可选的，所述光电跟踪系统的受扰动力学模型为：

9、

10、式中，x1、x2为光电跟踪系统的角位置和角速度，为x1、x2的一次导数，b、u为系统控制输入增益和系统控制输入，d为系统干扰项，f(·)光电跟踪系统状态函数。

11、可选的，所述设计扩张状态观测器包括：

12、选取x3＝f(x1,x2)+d作为光电跟踪系统的扩张状态，扩张状态对应的空间表达式为：

13、

14、式中，为x3的一次导数，h为未知有界函数；

15、根据所述扩张状态对应的空间表达式设计扩张状态观测器：

16、

17、式中，z1、z2、z3为扩张状态观测器对应的系统估计状态，为z1、z2、z3的一次导数，ez1为角位置观测误差，ez1＝x1-z1，为ez1的一次导数和二次导数，l1、l2、l3为增益参数。

18、可选的，所述增益参数的求解包括：

19、计算所述扩张状态观测器的状态估计误差：

20、

21、式中，ez为状态估计误差，ez2＝x2-z2，ez3＝x3-z3，为ez的一次导数，

22、当误差状态矩阵m满足hurwitz矩阵时，扩张状态观测器的估计值将收敛于真实值的领域内，采用带宽法得到求解式：

23、|si-m|＝(s+ω)3

24、式中，s、i为复变量和单位矩阵，ω为带宽值；

25、对所述求解式进行求解获取带宽值ω，根据带宽值ω计算增益参数：

26、

27、

28、可选的，所述主动干扰补偿控制器为：

29、

30、式中，e为角位置误差，e＝r-x1，为e的一次导数，r为光电跟踪系统的给定输入量，k1、k2为扩张状态观测器增益。

31、第二方面，本发明提供了一种基于扩张状态观测器的光电跟踪系统控制装置，所述装置包括：

32、模型构建模块，用于构建受多源干扰影响的光电跟踪系统的受扰动力学模型；

33、观测器构建模块，用于根据所述受扰动力学模型确定光电跟踪系统的扩张状态，并设计扩张状态观测器；

34、控制器构建模块，用于基于所述扩张状态观测器的干扰估计结果设计光电跟踪系统的主动干扰补偿控制器；

35、抑制控制模块，用于根据所述主动干扰补偿控制器进行干扰抑制和控制。

36、第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括处理器及存储介质；

37、所述存储介质用于存储指令；

38、所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据上述方法的步骤。

39、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

40、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

41、本发明提供的一种基于扩张状态观测器的光电跟踪系统控制方法及装置，通过设计扩张状态观测器提高干扰估计的精度，能够增强系统的鲁棒性，并提升系统对干扰的抑制能力，降低系统视轴指向误差；同时，整体结构简单、稳定性好且易于实现。

技术特征：

1.一种基于扩张状态观测器的光电跟踪系统控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于扩张状态观测器的光电跟踪系统控制方法，其特征在于，所述光电跟踪系统的受扰动力学模型为：

3.根据权利要求2所述的基于扩张状态观测器的光电跟踪系统控制方法，其特征在于，所述设计扩张状态观测器包括：

4.根据权利要求3所述的基于扩张状态观测器的光电跟踪系统控制方法，其特征在于，所述增益参数的求解包括：

5.根据权利要求4所述的基于扩张状态观测器的光电跟踪系统控制方法，其特征在于，所述主动干扰补偿控制器为：

6.一种基于扩张状态观测器的光电跟踪系统控制装置，其特征在于，所述装置包括：

7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器及存储介质；

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种基于扩张状态观测器的光电跟踪系统控制方法，包括：构建受多源干扰影响的光电跟踪系统的受扰动力学模型；根据所述受扰动力学模型确定光电跟踪系统的扩张状态，并设计扩张状态观测器；基于所述扩张状态观测器的干扰估计结果设计光电跟踪系统的主动干扰补偿控制器；根据所述主动干扰补偿控制器进行干扰抑制和控制；本发明通过设计扩张状态观测器提高干扰估计的精度，能够增强系统的鲁棒性，并提升系统对干扰的抑制能力，降低系统视轴指向误差；同时，整体结构简单、稳定性好且易于实现。技术研发人员：刘凯凯,罗勇,丁宇,赵兴强,蔡骏,张育刚受保护的技术使用者：南京信息工程大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18