[发明专利]一种二维指向镜成像跟踪的图像伺服控制方法

摘要

一种二维指向镜成像跟踪的图像伺服控制方法，首先采集二维指向镜的方位轴角度值、俯仰轴角度值作为角位置测量反馈信号，采集CCD相机焦面目标的偏移量作为图像信息反馈，然后计算二维指向镜的轴跟踪目标所需的增量，并建立跟踪微分器，将音圈电机定子线圈模型简化为RL网络，定义二维指向镜轴参数估计偏差，最后计算得到速度等价控制量、角速度跟踪误差、轴电流等价控制量，进而得到二维指向镜的轴电压控制量，生成驱动信号并完成伺服控制。本发明方法通过采用基于图像反馈信息的跟踪控制方法，相比单纯的二维指向镜角位置伺服控制，增加了图像反馈信息，提高了测量精度，具有更高控制精度的优点。

主权项

1.一种二维指向镜成像跟踪的图像伺服控制方法，其特征在于包括如下步骤：(1)采集二维指向镜的方位轴角度值α、俯仰轴角度值β，并作为角位置测量反馈信号，采集CCD相机焦面目标的偏移量u、v，并作为图像信息反馈；所述的二维指向镜分别与音圈电机的两个输出轴相连，音圈电机控制二维指向镜中的方位轴、俯仰轴角度，二维指向镜改变射入CCD相机焦面的光线，CCD相机根据射入光线对目标成像；(2)利用步骤(1)采集得到的CCD相机焦面目标的偏移量u、v分别计算二维指向镜的方位轴跟踪目标所需的增量Δα为二维指向镜的俯仰轴跟踪目标所需的增量Δβ为其中，导引律增益系数δ_α、δ_β的取值范围为(0，360]°，导引律收敛速度调节系数k_α、k_β取值为正数，uΔα≤0，vΔβ≤0；(3)建立跟踪微分器为其中，x₀为跟踪微分器输入，x₁、x₂为跟踪微分器输出，为x₂的二阶导数，为x₁的一阶导数，微分跟踪器加速度约束r>0，(4)将二维指向镜方位轴或者俯仰轴对应的音圈电机定子线圈模型简化为RL网络，根据力矩平衡原理得到二维指向镜单自由度数学模型为其中，θ为音圈电机输出轴的转角，ω为音圈电机输出轴的角速度，J为音圈电机转动惯量，K_n为音圈电机挠性枢轴扭转刚度，K_m为音圈电机电流力矩系数，i为音圈电机电枢绕组电流，L为音圈电机电枢的电感，R为音圈电机电枢的电阻，K_b为音圈电机反电动势系数，E为输入电压；为θ的一阶导数；为ω的一阶导数；为i的一阶导数；定义二维指向镜方位轴参数估计偏差为其中，j为伺服控制周期数目，j的初始值为1，分别表示估计值的变化率，为第j个控制周期参数估计值，初值分别为真实值K_b、L、R的0.8倍；定义二维指向镜俯仰轴参数估计偏差为其中，j为伺服控制周期数目，j的初始值为1，分别表示参数估计值的变化率，为参数估计值，初值分别为K_b'、L'、R'的0.8倍；(5)令θ为第j个伺服控制周期的二维指向镜的方位轴角度α，定义第j个伺服控制周期二维指向镜的方位轴角度的跟踪误差为其中，θ^co＝Δθ+θ，Δθ为Δα；得到速度等价控制量ω^co为其中，方位轴控制器参数k_θ>0，为通过将θ^co作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀计算得到的x₂；令θ'为第j个伺服控制周期的二维指向镜的俯仰轴角度β，定义第j个伺服控制周期二维指向镜的俯仰轴的角度跟踪误差为其中，θ^co'＝Δθ'+θ'，Δθ'为Δβ；得到速度等价控制量ω^co'为其中，俯仰轴控制器参数k_θ'>0，为通过将θ^co'作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀计算得到的x₂；(6)定义第j个伺服控制周期二维指向镜的方位轴角速度跟踪误差为其中，ω^co为步骤(5)计算得到的第j个伺服控制周期的速度等价控制量，ω为将第j个伺服控制周期的方位轴角度α作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀而得到的x₂；得到第j个伺服控制周期方位轴电流等价控制量i^co为其中，方位轴控制器参数k_ω>0，为将步骤(5)计算得到的第j个伺服控制周期的ω^co作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀而得到的x₂；定义第j个伺服控制周期二维指向镜的俯仰轴角速度跟踪误差为其中，ω^co'为步骤(5)计算得到的第j个伺服控制周期的速度等价控制量，ω'为将第j个伺服控制周期的β作为步骤(3)中微分跟踪器x₀计算得到的x₂；得到第j个伺服控制周期俯仰轴电流等价控制量i^co'为其中，俯仰轴控制器参数k_ω'>0，为将步骤(5)计算得到的第j个伺服控制周期的ω^co'作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀而得到的x₂；(7)定义第j个伺服控制周期二维指向镜的方位轴电流跟踪误差为进而得到第j个伺服控制周期二维指向镜的方位轴电压控制量为其中，k_i>0，为将第j个伺服控制周期的计算得到的i^co作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀得到的x₂；参数自适应增益系数γ₄、γ₅、γ₂、γ₃、γ₁均为正数；定义第j个伺服控制周期二维指向镜的俯仰轴电流跟踪误差为进而得到第j个伺服控制周期二维指向镜的俯仰轴电压控制量为其中，k_i'>0，为将第j个伺服控制周期的计算得到的i^co'作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀得到的x₂；参数自适应增益系数γ₄'、γ₅'、γ₂'、γ₃'、γ₁'均为正数；(8)将步骤(7)得到的E、E'转换为驱动信号，并分别驱动二维指向镜的方位轴音圈电机和俯仰轴音圈电机转动，完成第j个伺服控制周期伺服控制。