[发明专利]一种基于ADRC和NLPID的稳瞄伺服系统的控制方法

说明书

本发明公开了一种基于ADRC和NLPID的稳瞄伺服系统，在满足稳瞄伺服系统控制精度要求的前提下，将自抗扰控制算法应用于伺服控制系统速度环控制器的设计，减小了稳瞄伺服系统的稳态误差；将经过改进的非线性PID控制算法应用于电流环控制器的设计，能有效抑制直流力矩电机的力矩波动；本发明对稳瞄伺服控制系统跟踪精度的提高和扰动隔离性能的增强具有显著的效果，同时伺服系统的控制器具有很强的的适应性和鲁棒性。

技术领域

本发明属于伺服控制领域，涉及一种基于ADRC和NLPID的稳瞄伺服系统的控制方法。

背景技术

稳瞄伺服系统一直是国内外科研机构的重点研究对象，广泛应用于军事、民用领域内各种运动载体上。稳瞄伺服系统的功能是隔离外界扰动，防止载体颠簸导致瞄具姿态变化而丢失目标，使稳瞄系统能够精确、稳定地搜索和跟踪目标。随着科技的进步与社会的发展，对稳瞄伺服系统的性能要求越来越高，要求稳瞄伺服系统不仅要有很高的稳定精度和很好的动态品质，还要有很强的抗干扰能力，这使得用经典控制方法很难达到要求。

国内外专家对稳瞄伺服系统控制器的研究多侧重于控制算法的创新与改进，并提出了大量的控制策略以提高稳瞄伺服系统的性能。有专家提出用自适应模糊PID控制算法来设计稳瞄伺服系统的控制器，但是模糊规则的确定在很大程度上依赖于经验，不适用于工况较复杂的场合；也有学者提出将伺服控制器设计成滑膜变结构控制器，虽然可以改善系统的动态品质，却存在高频振荡的问题；又有人提出将稳瞄伺服系统的控制器设计成鲁棒内膜控制器，能显著提高系统的扰动隔离能力，但该控制器依赖于被控对象精确的数学模型，在实际应用中受到限制。

目前在实际应用中，绝大多数稳瞄伺服系统仍采用经典的PID控制器，这不利于对提高稳瞄伺服系统的控制性能。

因此，需要一种新的稳瞄伺服系统的控制方法以解决上述问题。

发明内容

本发明为了进一步提高稳瞄伺服系统的控制性能，并且能保证伺服控制器具有一定的鲁棒性和隔离扰动的能力，提供一种基于ADRC和NLPID的稳瞄伺服系统的控制方法。

一种基于ADRC和NLPID的稳瞄伺服系统，包括电流环和速度环，所述电流环包括电流控制器、电流反馈部分、PWN驱动器和直流力矩电机，所述速度环包括角速率传感器和速度控制器，所述直流力矩电机与瞄具直接耦合，

所述角速率传感器用于将瞄具的角速度信号转换为对应的电流信号；

所述电流反馈部分用于采集直流力矩电机的电枢电流作为反馈信号输入所述电流控制器；

所述PWN驱动器用于将输入的电压信号转化为脉冲信号输出至所述直流力矩电机；

所述速度控制器用于对所述角速率传感器的信号进行处理，输出控制信号给所述电流控制器；

所述电流控制器采用非线性PID控制器，其输出信号通过PWM驱动器产生控制所述直流力矩电机的电信号；

所述直流力矩电机用于将电信号转化为力矩信号来补偿瞄具受到的干扰力矩。

更进一步的，所述直流力矩电机的模型通过下式表示：

式中，u_a表示控制电压，i_a为控制电流，e_g代表直流力矩电机的反电动势，L_a表示电枢绕组的等效电感，R_a表示电枢绕组的等效电阻，J_∑代表折算到转动轴上的电机转子和负载的转动惯量之和，C_e表示反电动势系数，ω_m为直流力矩电机转动角速度，M_m为直流力矩电机的输出转矩，C_m为电机的转矩系数，为直流力矩电机的电磁时间常数。