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: <mfenced open='{' close=''> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mi>y</mi> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mover> <mi>x</mi> <mo>·</mo> </mover> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mover> <mi>x</mi> <mo>·</mo> </mover> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>,</mo> <mi>ω</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mi>bu</mi> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>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,w(t)是系统的外部干扰,f(x1,x2,w(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: <mfenced open='{' close=''> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mover> <mi>x</mi> <mo>·</mo> </mover> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mover> <mi>x</mi> <mo>·</mo> </mover> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mi>fhan</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <mi>rin</mi> <mo>,</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>,</mo> <mi>r</mi> <mo>,</mo> <mi>h</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>其中fhan(x1‑rin、x2、rh): <mfenced open='{' close=''> <mtable> <mtr> <mtd> <mi>d</mi> <mo>=</mo> <mi>rh</mi> <mo>,</mo> <msub> <mi>d</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>=</mo> <mi>hd</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <mi>v</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msub> <mi>hx</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>=</mo> <msqrt> <msup> <mi>d</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <mn>8</mn> <mi>r</mi> <mo>|</mo> <mi>y</mi> <mo>|</mo> </msqrt> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mi>a</mi> <mo>=</mo> <mfenced open='{' close=''> <mtable> <mtr> <mtd> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <mo></mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <mi>d</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </mfrac> <mi>sign</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mo>|</mo> <mi>y</mi> <mo>|</mo> <mo>></mo> <msub> <mi>d</mi> <mn>0</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mi>y</mi> <mi>h</mi> </mfrac> <mo>,</mo> <mo>|</mo> <mi>y</mi> <mo>|</mo> <mo>></mo> <msub> <mi>d</mi> <mn>0</mn> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mi>fhan</mi> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfenced open='{' close=''> <mtable> <mtr> <mtd> <mi>rsign</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mo>|</mo> <mi>a</mi> <mo>|</mo> <mo>></mo> <mi>d</mi> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mi>r</mi> <mfrac> <mi>a</mi> <mi>d</mi> </mfrac> <mo>,</mo> <mo>|</mo> <mi>a</mi> <mo>|</mo> <mo>≤</mo> <mi>d</mi> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>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: <mfenced open='{' close=''> <mtable> <mtr> <mtd> <mi>e</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>z</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <mi>yout</mi> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mover> <mi>z</mi> <mo>·</mo> </mover> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>z</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>b</mi> <mn>1</mn> </msub> <mi>e</mi> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mover> <mi>z</mi> <mo>·</mo> </mover> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>z</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>b</mi> <mn>2</mn> </msub> <mi>fal</mi> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub> <mi>b</mi> <mn>0</mn> </msub> <mi>u</mi> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mover> <mi>z</mi> <mo>·</mo> </mover> <mn>3</mn> </msub> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <msub> <mi>b</mi> <mn>3</mn> </msub> <mi>fal</mi> <mn>2</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>其中, <mrow> <mi>fal</mi> <mn>1</mn> <mo>=</mo> <mfenced open='{' close=''> <mtable> <mtr> <mtd> <mfrac> <mi>e</mi> <msup> <mi>n</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>m</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msup> </mfrac> <mo>,</mo> <mo>|</mo> <mi>e</mi> <mo>|</mo> <mo>≤</mo> <mi>n</mi> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msup> <mrow> <mo>|</mo> <mi>e</mi> <mo>|</mo> </mrow> <mrow> <mi>m</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <mi>sign</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>e</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mo>|</mo> <mi>e</mi> <mo>|</mo> <mo>></mo> <mi>n</mi> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow> <mrow> <mi>fal</mi> <mn>2</mn> <mo>=</mo> <mfenced open='{' close=''> <mtable> <mtr> <mtd> <mfrac> <mi>e</mi> <msup> <mi>n</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>m</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msup> </mfrac> <mo>,</mo> <mo>|</mo> <mi>e</mi> <mo>|</mo> <mo>≤</mo> <mi>n</mi> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msup> <mrow> <mo>|</mo> <mi>e</mi> <mo>|</mo> </mrow> <mrow> <mi>m</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msup> <mi>sign</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>e</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mo>|</mo> <mi>e</mi> <mo>|</mo> <mo>></mo> <mi>n</mi> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>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: <mfenced open='{' close=''> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>e</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>z</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>e</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>z</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>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: <mrow> <mi>fal</mi> <mn>1</mn> <mo>=</mo> <mfenced open='{' close=''> <mtable> <mtr> <mtd> <mfrac> <msub> <mi>e</mi> <mn>1</mn> </msub> <msup> <mi>n</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>m</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msup> </mfrac> <mo>,</mo> <mo>|</mo> <msub> <mi>e</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>|</mo> <mo>≤</mo> <mi>n</mi> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msup> <mrow> <mo>|</mo> <msub> <mi>e</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>|</mo> </mrow> <mrow> <mi>m</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <mi>sign</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>e</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mo>|</mo> <msub> <mi>e</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>|</mo> <mo>></mo> <mi>n</mi> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow> <mrow> <mi>fal</mi> <mn>2</mn> <mo>=</mo> <mfenced open='{' close=''> <mtable> <mtr> <mtd> <mfrac> <msub> <mi>e</mi> <mn>2</mn> </msub> <msup> <mi>n</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>m</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msup> </mfrac> <mo>,</mo> <mo>|</mo> <msub> <mi>e</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>|</mo> <mo>≤</mo> <mi>n</mi> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msup> <mrow> <mo>|</mo> <msub> <mi>e</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>|</mo> </mrow> <mrow> <mi>m</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msup> <mi>sign</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>e</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mo>|</mo> <msub> <mi>e</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>|</mo> <mo>></mo> <mi>n</mi> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>第五步:设计出非线性反反馈律后,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。 |