[发明专利]一种多采样率系统中的输入信号成形控制方法

说明书

本发明涉及一种多采样率系统中的输入信号成形控制方法，将在现有多采样率稳定跟踪系统硬件架构的基础上，通过输入信号成形控制方法，在内环采样的有限拍内，将外环输入的阶跃信号转换成频带有限的输入信号，消除外环采样率低带来的高频量化信息，保留低频段的有效信号。通过借助内环采样率高的优势，安排过渡过程，让输入信号按照期望的形式变化，降低对内回路的激励，实现控制系统快速性与稳定性指标的良好折中，以此增强光电稳定跟踪系统的扰动抑制能力，提高系统的动态特性，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种多采样率系统中的输入信号成形控制方法，属于光电探测技术领域。

背景技术

机载光电稳定平台主要任务是隔离载体基座扰动，并根据成像器产生的脱靶量实时控制并调整光轴指向目标，实现对机动目标的稳定跟踪，保证光轴在惯性空间中的稳定指向。然而，因为光电稳定平台中各传感器采样率的差异，让机载光电稳定平台稳定跟踪系统成为一种多采样率控制系统，采样率的差异让稳定跟踪控制系统的设计变得困难，往往外回路的设计会因为采样率差异给内回路带来明显输入信号阶跃。

因控制系统的内环陀螺稳定回路和外环跟踪回路获取反馈信息的频率不同，因此形成了多采样率控制系统。多采样率系统因为外环数据采样率较低，其输出作为内环控制器的输入指令往往会呈现出较大的阶跃特性，容易激励内环产生振荡或者让内环进入输入饱和，在大机动条件下该现象尤为明显。因此，必须研究有效的输入成形方法，降低输入指令信号的频带及其变化率，以此提升光电稳定跟踪系统的动态性能。

在实际系统中，因为功率有限和控制系统未建模特性的存在以及载机环境的振动约束，明显的输入信号阶跃会激发内回路控制系统稳定性的下降甚至脱离线性区进入饱和非线性区，严重影响光电稳定跟踪系统动态性能的提升。因光电稳定平台要实现对机动目标的指示、跟踪，速度范围很宽，传统的数字控制算法难以同时满足稳定性与快速响应两方面的要求，因此，必须借助数字控制算法的灵活性，适当地对输入信号进行修形，保留低频有用信息，减小对内回路未建模特性的激励，让控制系统保持在线性区之内，提高稳定跟踪系统动态精度。

发明内容

要解决的技术问题

在多采样率的控制系统中，因为外回路采样率较低，数据更新慢，在信号快速变化时，外回路的输出会形成较大的阶跃激励给内回路，激发内回路的未建模特性的模态，进而让内回路控制系统产生饱和非线性，导致控制系统稳定性降低，动态性能变差。

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种多采样率系统中的输入信号成形控制方法。通过输入信号成形控制方法，依据内回路特征和动态特性要求，对信号进行修形，保留低频有效信息，减小输入信号的阶跃特性对内回路的激励，提高内回路控制系统的稳定性，此时内回路参数的调整范围会增大，保证了内回路的动态特性，提高了稳定跟踪系统的稳定性与动态性能，增强了光电稳定平台对基座扰动的抑制能力，提高机载光电稳定平台动态跟踪性能。

技术方案

一种多采样率系统中的输入信号成形控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：通过内回路数学模型，在不考虑高频段传递函数和未建模特性的条件下，初步确定内回路控制对象的低阶模型，即标准的二阶振荡环节，得到初步的系统参数ω_n和ξ：

其中，为无阻尼自振频率；

为阻尼比；

T_M为机电时间常数；

K为开环增益；

步骤2：利用公式(3)求取标准形式下的阶跃响应上升时间t_r：

其中，