改进麻雀搜索的快速反射镜自抗扰控制器参数确定方法

本发明公开改进麻雀搜索的快速反射镜自抗扰控制器参数确定方法，属于抗扰控制。

背景技术：

1、无线光通信需要瞄准、捕获与跟踪(pat)技术来快速捕获无线光通信信号，pat系统通常采用粗/精复合轴技术。快速反射镜作为复合轴控制中精跟踪的核心部件，其控制精度决定整个系统的跟踪精度。但面对海洋众多不确定性干扰，怎样高效的使快速反射镜在不同工况下都不影响其精确输出，是亟待解决的问题。

2、自抗扰控制是一种对不确定性进行估计和补偿的有效方法，其关键就是利用扩张状态观测器来估计扰动并设计控制律以保证系统的稳定性，从而提高快速反射镜系统的跟踪精度和抗干扰能力。但是自抗扰控制器需要整定的参数较多，难度较大，目前大多数依靠人为和实际的经验，在一定程度上阻碍了自抗扰技术在实际控制系统中的应用。针对这一问题，可以采用智能算法来对控制器参数进行寻优。其中，麻雀搜索算法相比于其他传统的智能优化算法，具有稳定性高、搜索精度好、收敛速度快的明显优势，但同时也存在易陷入局部最优、优化结果具有随机性等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供改进麻雀搜索的快速反射镜自抗扰控制器参数确定方法，以解决现有技术中，自抗扰控制器参数难以确定的问题。

2、改进麻雀搜索的快速反射镜自抗扰控制器参数确定方法，包括采用系统辨识的方法确定音圈电机驱动的快速反射镜系统的传递函数，根据快速反射镜模型设计自抗扰控制器，基于改进麻雀搜索算法进行参数确定；自抗扰控制器包括线性扩张状态观测器和线性状态误差反馈控制律；

3、基于改进麻雀搜索算法进行参数确定包括：

4、s1根据快速反射镜的预设输出角位置和实际输出角位置，构建改进麻雀搜索算法的适应度函数；

5、s2将自抗扰控制器待整定参数与麻雀个体位置相关联并初始化麻雀种群数、最大迭代次数、初始值的上下界、，确定种群中作为发现者、警戒者的比例；

6、s3采用切比雪夫混沌映射生成麻雀初始种群；

7、s4根据适应度函数、待整定参数以及实时获得的快速反射镜系统参数，计算麻雀种群每个麻雀个体的适应度值并排序；

8、s5将改进麻雀搜索算法与麻雀位置更新公式融合，根据改进后的位置更新公式进行迭代更新；

9、s6每次迭代更新后，根据将动态反向学习和柯西变异策略交替执行，使用动态随机扰动更新目标位置，避免陷入局部最优；

10、s7当迭代次数达到设定值时，停止更新，输出麻雀种群的全局最优位置，完成自抗扰控制器的参数整定。

11、快速反射镜系统的传递函数包括：

12、；

13、式中，为快速反射镜模型的状态量。

14、快速反射镜模型的微分形式为：

15、；

16、式中，为系统输出，为的导数，为的导数，为线性扩张状态观测器的定量参数，为中已知的部分，为未知总扰动，为控制信号，和为已知参数，，。

17、线性扩张状态观测器包括，设置变量：

18、；

19、式中，为总扰动，令，，：

20、；

21、式中，是的导数，是的导数，是的导数，是的导数；

22、改写成矩阵形式：

23、；，，，；

24、式中，、、、都是已知矩阵。

25、线性扩张状态观测器为：

26、；

27、式中，、和分别为、和的估计，、和为观测器增益，是的导数，是的导数，是的导数；

28、线性扩张状态观测器改写成矩阵形式为：

29、；；；；

30、式中，为线性扩张状态观测器的观测状态向量，是的导数，为待设计的观测器增益矩阵，为观测器输入，为线性状态观测器的输出量；

31、利用极点配置的方法，将矩阵形式的线性扩张状态观测器中特征方程的极点全部配置到同一个位置上：

32、；

33、式中，为极点配置方程，为三阶单位矩阵，为观测器带宽；

34、得到观测器增益矩阵：

35、。

36、线性状态误差反馈控制律包括：

37、；

38、式中，为控制量输入，为比例放大系数，为系统输入，为微分放大系数；

39、快速反射镜系统控制量输入为：

40、；

41、闭环传递函数为：

42、；；

43、式中，为控制器带宽。

44、s5包括，发现者更新公式如下：

45、；；；；;

46、式中，表示在第维上第只麻雀经过+1次迭代时的位置，是随机数，是警戒值，表示属于正态分布的随机数，为每个元素都为1的矩阵，为最大维度，表示安全值；

47、改进的发现者更新公式如下：

48、；

49、式中，为全局最优解，为自适应惯性权重因子，为随机数。

50、s5包括，追随者更新公式如下：

51、；；

52、式中，表示当前全局的最差位置，表示目前发现者所占据的最优位置，为的矩阵，矩阵每个元素随机赋值1或-1；

53、改进后的追随者更新公式如下：

54、；

55、式中，为控制螺旋的参数，为线性变化的参数。

56、s5包括，警戒者更新公式如下：

57、；；

58、式中，是当前的全局最优位置，是服从均值为0方差为1的正太分布随机数，是随机数，作为控制步长参数，表示麻雀移动位置方向；是最小常数，保证分母不为零；为全局最优的适应度值，为全局最差的适应度值，表示当前麻雀个体的适应度值。

59、s6包括，动态反向学习策略融入到麻雀搜索算法中：

60、；

61、；

62、式中，是第代最优解的反向解；

63、将柯西变异引入到位置更新中：

64、；

65、式中，为柯西变异；

66、将动态反向学习策略与柯西变异策略交替执行，选择概率计算公式如下:

67、。

68、相对比现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明在面对不同工况时都能找到较合适的控制参数，有效提升控制器参数整定效率、提高快速反射镜的抗干扰能力和跟踪精度。

技术特征：

1.改进麻雀搜索的快速反射镜自抗扰控制器参数确定方法，其特征在于，包括采用系统辨识的方法确定音圈电机驱动的快速反射镜系统的传递函数，根据快速反射镜模型设计自抗扰控制器，基于改进麻雀搜索算法进行参数确定；自抗扰控制器包括线性扩张状态观测器和线性状态误差反馈控制律；

2.根据权利要求1所述的改进麻雀搜索的快速反射镜自抗扰控制器参数确定方法，其特征在于，快速反射镜系统的传递函数包括：

3.根据权利要求2所述的改进麻雀搜索的快速反射镜自抗扰控制器参数确定方法，其特征在于，快速反射镜模型的微分形式为：

4.根据权利要求3所述的改进麻雀搜索的快速反射镜自抗扰控制器参数确定方法，其特征在于，线性扩张状态观测器包括，设置变量：

5.根据权利要求4所述的改进麻雀搜索的快速反射镜自抗扰控制器参数确定方法，其特征在于，线性扩张状态观测器为：

6.根据权利要求5所述的改进麻雀搜索的快速反射镜自抗扰控制器参数确定方法，其特征在于，线性状态误差反馈控制律包括：

7.根据权利要求6所述的改进麻雀搜索的快速反射镜自抗扰控制器参数确定方法，其特征在于，s5包括，发现者更新公式如下：

8.根据权利要求7所述的改进麻雀搜索的快速反射镜自抗扰控制器参数确定方法，其特征在于，s5包括，追随者更新公式如下：

9.根据权利要求8所述的改进麻雀搜索的快速反射镜自抗扰控制器参数确定方法，其特征在于，s5包括，警戒者更新公式如下：

10.根据权利要求9所述的改进麻雀搜索的快速反射镜自抗扰控制器参数确定方法，其特征在于，s6包括，动态反向学习策略融入到麻雀搜索算法中：

技术总结本发明公开改进麻雀搜索的快速反射镜自抗扰控制器参数确定方法，属于抗扰控制技术领域，包括采用系统辨识的方法确定音圈电机驱动的快速反射镜系统的传递函数，根据快速反射镜模型设计自抗扰控制器，基于改进麻雀搜索算法进行参数确定；自抗扰控制器包括线性扩张状态观测器和线性状态误差反馈控制律；本发明在面对不同工况时都能找到较合适的控制参数，有效提升控制器参数整定效率、提高快速反射镜的抗干扰能力和跟踪精度。技术研发人员：李智斌,张涛,孙崇尚,王人杰受保护的技术使用者：山东科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18