[发明专利]一种光电跟踪系统多级多阶滞后校正网络控制方法

权利要求书

1.一种光电跟踪系统多级多阶滞后校正网络控制方法，其特征在于：该方法包含顺序执行两个模块：性能设置模块(1)和参数整定模块(2)，其中性能设置模块(1)对光电跟踪系统的期望频响特征、校正网络的设计范围和拟合的精度进行设置，分别以相对阶次、工作频段、校正网络级数阶数来表示；参数整定模块(2)根据设计的性能参数输入，在软件中对多级多阶滞后校正网络的结构与其中所有的网络参数进行计算，自动生成参数整定的计算结果，即可快速方便地实现满足跟踪精度及稳定裕度性能要求的多级多阶滞后校正网络；

针对光电跟踪系统，在其工作频段内可认为是一单输入单输出的线性定常系统，可以用传递函数G(s)来表示，r(t)为所跟踪的输入信号，y(t)为光电跟踪系统的实际跟踪位置，由于系统在运行过程中，总是存在信号采样、传输带来的延迟效应，故被控系统还加上时间延迟环节e^-τs，总的光电跟踪系统被控对象为G(s)e^-τs，在被控对象确定的基础上，首先设计一个基础校正器C₀(s)，其作用为将系统的开环特性校正为一个近似为1的传递特性，基础校正器设计为C₀(s)≈G^-1(s)，添加了基础校正器的被控对象可近似认为为一个纯时间延迟环节e^-τs，多级多阶滞后校正网络表现为模块β(s)，它是在基础校正器C₀(s)的基础上进一步添加的校正环节，光电跟踪系统的校正控制器是基础校正器和多级多阶滞后校正网络的集合C(s)＝β(s)C₀(s)；

含有基础控制器和多级多阶滞后校正网络的光电跟踪系统开环传递函数为：

F(s)＝β(s)C₀(s)G(s)e^-τs≈β(s)e^-τs (1)

假如β(s)是一个标准的积分系统，满足β(s)＝K/s^N，则极易计算获得在满足至少p_mrad的相位裕度条件下，若系统最大开环带宽为ω_c，则β(s)的最大增益为：

系统的最大阶次N应满足：

假设多级多阶滞后校正网络β(s)在频域上的幅值、相位表现与分数阶标准积分传递函数K/s^α相同，即：

β(s)≈K/s^α (4)

其中对分数阶次α的限定为0＜α＜2；

在工作频段内，选择一组从低到高的频率点ω₁、ω₂、ω₃、ω₄…ω_2n，分别在这些频率点上加一个极点、零点、极点、零点…，形成一组串联的极零点组合，再加上一个积分器，则可构成类似于分数阶积分的多级滞后校正网络β(s)，其零极点所处的频率范围[ω₁,ω_2n]即为性能设置模块(1)中的频段范围参数，假设每个频率ω_i上都有m个重合的零点或极点，β(s)中总共有n个频率不重合的独立滞后校正器，则β(s)中总共有2nm个极零点和一个积分器，构成的多级多阶滞后校正网络级数为n，阶数为m，其形式为：

其设计条件：

1)定义常数c为整个多级多阶滞后校正网络中频段范围上下界的频率倍数关系，即：

2)每一个独立的滞后校正器零点与极点频率成固定倍数关系e，每两个相邻的独立滞后校正器之间极点与零点频率成固定倍数关系d，即对任意i＝1,2,…n，有：

通过上述假设，常数e、d与其所确定的中间频率点ω_i无需通过手动分配多级多阶滞后校正网络的零极点来获取，而是通过所设定的相对阶次α、工作频率范围倍数c来确定，其关系为：

ω_2n是整个多级多阶滞后校正网络的最后一个零点所处的频率点，为不影响系统的带宽和相位裕度，该校正网络截止频率不得高于开环带宽频率的0.1倍，即ω_2n≤0.1ω_c；

在实现过程中，性能设置模块(1)及参数整定模块(2)依顺序进行执行。