[发明专利]用于光电跟踪系统的二阶模糊-动态高型控制器设计方法

说明书

本发明提供一种用于光电跟踪系统的二阶模糊‑动态高型控制器设计方法，根据系统状态动态切换型别可以避免积分饱和，同时又能保留高型别的优势。模糊控制可以根据输入变化动态改变输出值，将其作为积分器通断的执行器。区间二阶模糊控制器相比一阶模糊控制器有更强的处理不确定性的能力，对于实际物理系统有更好的控制效果。提出一种改进的WTNT降型算法，相比传统NT算法提高了二阶模糊控制器的解模糊精度。利用多种群优化算法对模糊控制器参数进行迭代寻优，在光电跟踪系统实验平台上，对比了传统控制器、一阶模糊控制器与区间二阶模糊控制器的控制效果，证明区间二阶模糊动态高型控制系统具有更快的响应性能、更高的稳态精度以及更强的抑制不确定性能力。

技术领域

本发明属于光电系统跟踪控制领域，具体涉及一种用于光电跟踪系统的区间二阶模糊-动态高型控制器设计方法，以区间二阶模糊控制器作为判断机构，控制积分器的通断，实现动态高型控制。此方法光电跟踪系统中，明显提高光电系统的稳态跟踪精度和动态响应速度。

背景技术

光电伺服跟踪设备广泛应用于光束控制系统，例如自适应光学，自由空间通信，视线稳定等，在军事和民用领域都有重要应用价值[1-3]。其跟踪性能是评价控制系统最为重要的指标。高型技术可以有效提高跟踪精度和反应速度，然而型别升高会使系统阶跃响应的超调量增加，加剧系统震荡，导致积分饱和。由此，“动态高型”方法被提出以解决此问题，即根据系统状态判断积分环节的接入与断开，实时改变系统型别，可以避免积分饱和。然而动态高型技术存在两个主要问题：

(1)型别切换的标准没有定义。在什么时机提高型别，在何时降低型别，目前文献中没有给出理论指导。此外，大部分文献中所用的手动切换方法，不准确也没有实用性。

(2)型别切换瞬间带来的震荡难以消除。在已有的研究中，每当型别切换的瞬间会给系统带来较大的抖振，增加不稳定性，降低其鲁棒性。

在“Design of Opto-Electronic Tracking Servo System Based on Fuzzy II-order Control System”一文中提出了“模糊II型控制器”，应用一阶模糊控制器结合积分器实现动态高型控制，但是模糊控制器的参数完全依赖人为设定，并且在现实非结构化的动态环境和许多具体应用中,传统的一阶模糊控制器会面临诸多不确定性,主要包括测量噪声、摩擦以及规则库差异等等。

因此，引入二阶模糊控制器并且结合多种群遗传算法进行参数寻优，可以明显改善控制系统的控制性能，使系统拥有更强的处理不确定性的能力并且减少对人类经验的依赖，实现自动控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：光电跟踪系统需要同时满足跟踪精度及反应速度的要求。然而跟踪精度与反应速度之间存在固有矛盾，现有的反馈控制方法不具备调节这种矛盾的能力。

本发明采用的技术方案为：设计一种二阶模糊-动态高型控制方法，提出WTNT降型算法进行解模糊，并应用多种群遗传算法进行控制参数寻优，同时提高系统的跟踪精度和反应速度。该方法包括以下步骤：

步骤1：建立光电跟踪系统经典I型双闭环控制器数学模型；

步骤2：在速度环之前并入一个区间二阶模糊控制器和一个积分器构成模糊II型结构；模糊控制的输入为系统跟踪误差及误差的变化率，对其进行模糊化，并设计二阶隶属度函数；根据输入输出关系，设计模糊规则库；在模糊规则指导下进行模糊推理；

步骤3：应用WTNT降型算法对模糊推理之后的区间二阶模糊集合进行降型得到一阶模糊集合，然后进行解模糊，得到的精确输出值作为积分器的增益；

步骤4：应用多种群遗传算法对模糊控制器的两个输入比例因子和一个输出比例因子进行迭代寻优，使控制器达到最优状态。

进一步地，系统工作原理：

所述步骤1具体为：