[发明专利]一种基于改进型重复自抗扰的光电跟踪系统控制方法

权利要求书

1.一种基于改进型重复自抗扰的光电跟踪系统控制方法，其特征在于：其具体实施步骤如下：

步骤(1)：搭建一个精密定位控制实验装置，包括光源、位置探测器、倾斜镜、电机、控制器和驱动放大模块，光源发射的激光通过倾斜镜反射进入位置探测器，位置探测器将激光位置输出信号进行模数转换给控制器，控制器按照给定的控制算法得到电机驱动量，并通过驱动放大模块致动倾斜镜，实现闭环误差校正，从而稳定光轴在位置探测器中心，整个控制系统以状态空间的形式可以表示为：

其中，y,x₁为系统输出状态，即位置探测器获取的光源位置输出信号，x₂为输出状态的一阶导，u是系统的输入信号，即控制计算得到的驱动电压，w是系统存在的不确定性和扰动，a₁,a₂,b₀是控制系统部分已知的近似参数；

步骤(2)：在经典闭环系统基础上实现传统重复控制，在跟踪误差信号到控制器给定输入信号之间并联一个时滞模型，该模型是一个正反馈环节，可以表示为其中，前向通道由延迟环节和低通滤波器q(s)串联构成，M_CRC(s)是传统重复控制内模的复数域传递函数表达式；

步骤(3)：在传统的重复控制基础上添加水床调节函数，表达式为其中α∈[0,1)可以调节扰动抑制的范围，α越接近1，水床缓解效果越明显，但是重复频率处的抑制频带越窄，α＝0表明改进型重复控制此时等效于传统重复控制，即对水床放大没有改进；

步骤(4)：利用精密定位系统被控对象的输入输出信号构造一个三阶的扩张状态观测器，可以表示为：

其中，Z是观测器的状态，u_m为观测器的输入矩阵，输入值为精密定位系统的输入信号u和输出信号y，表示为u_m＝[u y]^T，y_m是观测器的输出信号；

进一步地，设计的扩张状态观测器并不依赖于精确的系统模型，也不依赖于部分已知参数的准确性，整个系统具有较好的鲁棒性，通过配置期望的观测器带宽ω_o，得到各个矩阵表示为：

C＝[1 0 0],

步骤(5)：设计基于改进型重复控制和扩张状态反馈和补偿的闭环控制律为：

其中，u₀是闭环控制器的输出，即实现扰动补偿后被控系统的输入，k_d＝2ω_c分别是控制器增益，ω_c是期望的整体闭环系统的带宽。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进型重复自抗扰的光电跟踪系统控制方法，其特征在于：相对于传统的重复控制方法，该方法因为水床调节函数的作用，能够缓解在非重复频率段的水床放大，大大减小该频段扰动的不必要放大，同时保持在重复频率点的扰动抑制效果；相比于传统的扩张状态观测器，该方法因为部分已知的模型信息的引入，进一步减小扩张状态观测器各状态的观测负担，提高观测精度，更好的实现闭环反馈和总扰动抑制补偿；相对于传统的重复控制方法，该方法因为水床调节函数的作用，能够缓解在非重复频率段的水床放大，大大减小该频段扰动的不必要放大，同时保持在重复频率点的扰动抑制效果；因为零相位低通滤波器的引入，修正重复频率作用点的偏移，精确作用到设计的重复频率点，避免不期望的偏移。

3.根据权利要求1所述的一种基于改进型重复自抗扰的光电跟踪系统控制方法，其特征在于：该方法是一种数据驱动控制方法，对被控对象模型依赖程度低，在已知系统受到的周期扰动频率情况下，进一步衰减周期扰动、非周期扰动和不确定性等总扰动；该方法是从控制算法上对系统进行优化，不需要添加任何硬件结构，控制成本低；该方法思路清晰，结构简单，参数易调整，在工程上可直接应用和实现。