长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心,吉林 长春 130022
基于空间光通信捕获、对准、跟踪技术的基本理念,笔者设计了一套基于伺服控制的水下无线光动态通信捕获跟踪系统,提出了基于跟踪微分器的电机加减速控制技术,设计了转台粗、精跟踪策略。在此基础上,笔者开展仿真验证、室内模拟测试及水下激光光斑捕获跟踪实验。仿真验证结果表明了该系统与算法策略在原理上的可行性;室内模拟测试方位、俯仰跟踪精度分别为0.08 mrad和0.27 mrad,这表明可将本系统应用于水下无线光动态通信;水下激光光斑捕获跟踪实验结果表明系统的捕获概率优于99%,捕获时间少于9 s,水箱施加扰动前后的跟踪精度分别为0.6 mrad和2 mrad。本文为后续开展水下无线光动态通信技术研究提供了一种技术方法和研究思路。
海洋光学 捕获跟踪 跟踪微分器 伺服控制 跟踪精度
针对扰动会对航空成像系统像旋补偿伺服机构跟踪精度产生影响的问题, 提出一种改进型复合控制算法。首先, 针对等效扰动, 提出一种基于有限时间双曲正弦跟踪微分器(FSTD), 用来构造改进非线性干扰观测器(NDO), 使系统对参数摄动不敏感且对扰动估计更加精确; 其次, 为了提升系统的跟踪精度, 结合变速趋近律的思想设计新型高阶滑模控制器(N-HSMC), 保证系统快速性的同时还能有效削弱抖振; 最后, 通过仿真对比验证了所提算法的有效性。
伺服系统 跟踪微分器 非线性干扰观测器 变速趋近律 滑模控制 servo system tracking differentiator Nonlinear Disturbance Observer (NDO) variable-speed reaching law Sliding Mode Control (SMC)
针对具有未知领导者控制输入的双积分形式的二阶多智能体系统的有限时间分布式协同控制问题进行了研究。首先, 为了快速、准确地估计领导者的控制输入信息, 提出了一种新的基于双曲正切函数的有限时间跟踪微分器, 并引入终端吸引子函数来消除抖振。其次, 设计了一种基于含减速点的新型变速趋近律的有限时间跟踪控制律, 系统在远离减速点时具有较快的收敛速度, 在靠近减速点时能有效削弱抖振。在此控制律的作用下, 跟随者利用所获得的控制输入信息, 可以更好地实现对领导者的速度和位置跟踪。最后, 仿真结果验证了所提算法的有效性。
多智能体系统 有限时间理论 跟踪微分器 变速趋近律 multi-agent system finite-time theory tracking differentiator variable speed reaching law
光学 精密工程
2022, 30(24): 3178
光学 精密工程
2022, 30(23): 3058
光学 精密工程
2022, 30(23): 3045
研究了外部扰动下二阶多智能体系统时变编队跟踪问题。首先, 设计扩张状态观测器估计系统的外部扰动, 提出包含扰动补偿项的时变编队跟踪控制协议。接着,通过构造跟踪微分器设计编队向量生成模型, 改善系统对编队指令控制输入的响应过程。最后,给出编队可行条件并对控制协议作用下系统的稳定性进行了证明。通过对比仿真实验验证了理论成果。
自抗扰控制 时变编队跟踪 扩张状态观测器 跟踪微分器 active disturbance rejection control time-varying formation tracking extended state observer tracking differentiator
针对带有干扰且速度不可测的领导-跟随二阶MAS, 研究了有限时间一致性跟踪控制问题。首先, 针对速度不可测和干扰问题, 分别设计了有限时间超螺旋观测器和滑模干扰观测器, 对干扰进行了快速估计和补偿; 其次, 结合观测速度, 设计了有限时间快速反正切跟踪微分器, 快速估计了领导者的控制输入信息; 然后, 设计了基于积分滑模的有限时间跟踪控制器, 有效地提高了系统的响应速度和跟踪精度, 同时提高了系统的抗干扰性能和鲁棒性; 最后, 通过数值仿真证明了控制算法的有效性。
有限时间收敛 干扰观测器 跟踪微分器 积分滑模 MAS MAS finite time convergence disturbance observer tracking differentiator ISM
1 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
针对半捷联稳定平台中框架角速率的提取问题, 首次提出了一种基于非线性跟踪微分器的测速方案, 此方案可以避免常规差分测速带来的误差放大问题, 并且可以利用预报补偿方法解决非线性跟踪微分器带来的相位延迟问题。数值仿真和实验结果表明, 非线性跟踪微分器可以从框架角位置信号中准确地提取角速率信号, 实验证明了基于非线性跟踪微分器的半捷联稳定方法与直接稳定方法对低频角扰动的隔离能力相当, 并证明了非线性跟踪微分器在半捷联稳定平台中应用的可行性和有效性。
非线性跟踪微分器 半捷联稳定平台 角速率估计 nonlinear tracking differentiator semi-strapdown stabilized platform angular rate estimation
青岛理工大学信息与控制工程学院, 山东 青岛 266520
为实现对具有未知死区输入的非线性系统的跟踪控制, 提出一种基于扩张状态观测器的自适应动态面控制算法。采用扩张状态观测器代替函数逼近器在线估计反演法每一步中的不确定函数, 基于反演法技术构造自适应动态面输出反馈控制器, 通过跟踪微分器来消除传统反演控制算法计算负荷大的问题,并给出稳定性证明。对所提出的控制方法进行仿真验证, 结果表明该算法跟踪效果较好, 鲁棒性和抗干扰能力较强。
扩张状态观测器 死区 自适应动态面控制 跟踪微分器 Extended State Observer (ESO) dead-zone adaptive dynamic surface control Tracking Differentiator (TD)