機(jī)載激光通信終端的變結(jié)構(gòu)控制方法研究.pdf

1、機(jī)載激光通信終端的視軸跟蹤問題一直是激光通信領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)。由于機(jī)載平臺(tái)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、速度快、運(yùn)動(dòng)軌跡難以預(yù)測(cè)，通信前需要通信雙方進(jìn)行視軸對(duì)準(zhǔn)，并且在整個(gè)通信過程中，通信終端必須時(shí)刻對(duì)對(duì)方進(jìn)行跟瞄。因此，激光通信必須建立在瞄準(zhǔn)、捕獲、跟蹤（Pointing，Acquisition，Tracking PAT）的基礎(chǔ)上。在 PAT過程中采用變結(jié)構(gòu)控制是一種很好的策略。本文主要工作是對(duì)變結(jié)構(gòu)在機(jī)載激光通信終端粗跟蹤環(huán)節(jié)的跟蹤性能進(jìn)行研究，通過對(duì)

2、改進(jìn)前后的變結(jié)構(gòu)控制進(jìn)行仿真對(duì)比。實(shí)驗(yàn)表明，PAT過程采用模糊變結(jié)構(gòu)控制在滿足精度要求的同時(shí)具有較強(qiáng)的魯棒性。
　　首先對(duì)平臺(tái)性能要求進(jìn)行分析，確定了采用復(fù)合軸控制的優(yōu)勢(shì)與必要性，在此基礎(chǔ)上介紹了粗跟蹤平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并建立了各環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型；之后從理論上詳細(xì)介紹、分析了變結(jié)構(gòu)的控制特點(diǎn)與設(shè)計(jì)步驟，并通過理論驗(yàn)證與仿真演示深入說明了變結(jié)構(gòu)控制中精度與魯棒性之間的矛盾，以及在控制律設(shè)計(jì)中必須明確知道干擾上界的限制；之后在介紹模糊算法原

3、理與設(shè)計(jì)思路的基礎(chǔ)上，將切換函數(shù)作為輸入、切換增益作為輸出，設(shè)計(jì)模糊控制器，通過對(duì)隸屬函數(shù)的優(yōu)化，推理規(guī)則的提煉簡(jiǎn)化，設(shè)計(jì)了不需明確干擾上界且能兼顧控制精度與魯棒性的模糊變結(jié)構(gòu)控制器。
　　之后，根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)與激光通信對(duì)粗跟蹤系統(tǒng)的需求，對(duì)粗跟蹤系統(tǒng)的每一環(huán)，按照期望的性能需求，進(jìn)行設(shè)計(jì)與校正，并將其作為后一環(huán)的被控環(huán)節(jié)，達(dá)到將復(fù)雜的PAT控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理簡(jiǎn)化的目的。最后對(duì)關(guān)鍵的位置環(huán)，采用經(jīng)過改進(jìn)的模糊變結(jié)構(gòu)控制，使得被控系統(tǒng)能

4、夠利用變結(jié)構(gòu)控制的不變性抑制外界干擾以及包括各環(huán)節(jié)建模、等效合并時(shí)造成的不準(zhǔn)確在內(nèi)的系統(tǒng)自身參數(shù)攝動(dòng)，克服了不良因素影響。同時(shí)模糊算法的引入在不改變經(jīng)典變結(jié)構(gòu)本身魯棒性的前提下，對(duì)抖振進(jìn)行了有效的削弱，提高了控制精度。
　　最后在Matlab仿真中，將其與參數(shù)經(jīng)過優(yōu)化的經(jīng)典PID控制進(jìn)行對(duì)比，證明了模糊變結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)異的魯棒性、控制精度與響應(yīng)的快速性，即使在干擾下，也能滿足機(jī)載激光通信對(duì)PAT粗跟蹤系統(tǒng)的要求。之后與經(jīng)典變結(jié)構(gòu)進(jìn)行