一种基于自抗扰控制技术的坦克炮控伺服控制方法

摘要

本发明提出一种基于自抗扰控制技术的坦克炮控伺服控制方法，能够提高火控系统动态射击精度和武器稳定精度。第一步：建立大口径火炮炮塔控制模型；第二步：根据第一步中建立的控制模型，设计基于自抗扰控制技术水平向稳定器中的跟踪微分控制器；第三步：根据第一步中提出的大口径火炮炮塔控制模型，设计如下三阶扩张状态观测器（ESO），用来实时估计系统的扰动并实时给予补偿；第四步：根据上述得到的大口径火炮炮塔控制模型和得到误差e₁及误差的微分e₂：第五步：设计出非线性反馈律后，根据自抗扰控制原理得到系统控制律。

主权项

基于自抗扰控制技术的坦克炮控伺服控制方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：建立大口径火炮炮塔控制模型，其控制模型如下描述：$\left\{\begin{array}{c}{x}_1=y\\ {\stackrel{·}{x}}_1=x_2\\ {\stackrel{·}{x}}_2=f(x_1,x_2,\omega \left(t\right),t)+\mathrm{bu}\end{array}\right.$其中，x₁、x₂是状态向量，y是输出变量，u是控制变量；b是放大倍数，ω(t)是系统的外部干扰，f(x₁，x₂,ω(t),t)代表系统的总扰动，包括内扰和外扰；第二步：根据第一步中建立的控制模型，设计基于自抗扰控制技术水平向稳定器中的跟踪微分控制器，该跟踪微分器中：$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{·}{x}}_1=x_2\\ {\stackrel{·}{x}}_2=\mathrm{fhan}(x_1-\mathrm{rin},x_2,r,h)\end{array}\right.$其中fhan(x₁‑rin，x₂，r，h)：$\left\{\begin{array}{c}d=\mathrm{rh},d_0=\mathrm{hd},y=(x_1-v)+h{x}_2,a_0=\sqrt{d^2+8r\left|y\right|}\\ a=\left\{\begin{array}{c}{x}_2+\frac{(a_0-d)}{2}\mathrm{sign}\left(y\right),\left|y\right|>d_0\\ x_2+\frac{y}{h},\left|y\right|>d_0\end{array}\right.\\ \mathrm{fhan}=-\left\{\begin{array}{c}\mathrm{rsign}\left(a\right),\left|a\right|>d\\ r\frac{a}{d},\left|a\right|\le d\end{array}\right.\end{array}\right.$其中，r是带调参数，h是滤波因子，rin是系统的参考输入，x₁用来跟踪输入信号，同时，x₂得到输入信号的近似微分信号；第三步：根据第一步中提出的大口径火炮炮塔控制模型，设计如下三阶扩张状态观测器(ESO)，用来实时估计系统的扰动并实时给予补偿：$\left\{\begin{array}{c}e=z_1-\mathrm{yout}\\ {\stackrel{·}{z}}_1=z_2-b_{1}e\\ {\stackrel{·}{z}}_2=z_3-b_2\mathrm{fal}1+b_{0}u\\ {\stackrel{·}{z}}_3=-b_3\mathrm{fal}2\end{array}\right.$其中，$\mathrm{fal}1=\left\{\begin{array}{c}\frac{e}{n^{1-m1}},\left|e\right|\le n\\ {\left|e\right|}^{m1}\mathrm{sign}\left(e\right),\left|e\right|>n\end{array}\right.$$\mathrm{fal}2=\left\{\begin{array}{c}\frac{e}{n^{1-m2}},\left|e\right|\le n\\ {\left|e\right|}^{m2}\mathrm{sign}\left(e\right),\left|e\right|>n\end{array}\right.$其中，z₁，z₂，z₃是扩张状态观测器的输出，x₁，x₂是系统状态，z₁跟踪系统的状态x₁,z₂跟踪系统的状态x₂,z₃是估计系统的内部扰动和外部扰动，b₁,b₂,b₃是状态观测器的设计参数，也是系统中主要调节的三个参数，由系统的状态所决定，e是状态误差，yout是系统的输出，u是系统的控制量；第四步：根据上述得到的大口径火炮炮塔控制模型和z₁,z₂，得到误差e₁及误差的微分e₂：$\left\{\begin{array}{c}{e}_1=x_1-z_1\\ e_2=x_2-z_2\end{array}\right.$得到的非线性反馈如下：u₀＝fal1b₀₁+fal2b₀₂其中，b₀₁,b₀₂是比例系数，fal1,fal2是非线性函数，其表达式如下：$\mathrm{fal}1=\left\{\begin{array}{c}\frac{e_1}{n^{1-m1}},\left|e_1\right|\le n\\ {\left|e_1\right|}^{m1}\mathrm{sign}\left(e_1\right),\left|e_1\right|>n\end{array}\right.$$\mathrm{fal}2=\left\{\begin{array}{c}\frac{e_2}{n^{1-m2}},\left|e_2\right|\le n\\ {\left|e_2\right|}^{m2}\mathrm{sign}\left(e_2\right),\left|e_2\right|>n\end{array}\right.$第五步：设计出非线性反馈律后，根据自抗扰控制原理得到系统控制律为：u＝u₀‑z₃/b₀其中b₀是系统对象放大倍数的估计值。