基于自抗扰算法的光电跟踪伺服控制方法研究 -

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基于自抗扰算法的光电跟踪伺服控制方法研究

doi:10.37188/CO.2022-0090

李禹希^1,,
张刘^1,,,
陈思桐¹,
孙丽涵¹,
赵寰宇^1,,,
张柯^2,,

1.
吉林大学仪器科学与电气工程学院, 吉林长春 130012
2.
苏州吉天星舟空间技术有限公司, 江苏苏州 215028

基金项目:国家自然科学基金项目（No. 62073150; No. 62001185）; 国家级大学生创新创业训练计划项目（No. 202110183268）

详细信息

作者简介:
李禹希（2002—），女，吉林长春人，主要从事航天光学遥感、伺服控制系统等研究工作。Email：liyx6519@mails.jlu.edu.cn
张　刘（1978—），男，安徽蚌埠人，吉林大学唐敖庆领军教授，博士生导师。2007年于哈尔滨工业大学获得博士学位，主要从事新型航天光学遥感器设计、仿真及应用技术，星载一体优化控制技术等研究工作。Email：zhangliu@jlu.edu.cn
赵寰宇（1990—），男，吉林长春人，博士，2018年于吉林大学获得博士学位，主要从事航天精密仪器结构设计与优化仿真等方面的研究。E-mail：zhaohyjlu@jlu.edu.cn
张　柯（1979—）男，山东济南人，副研究员，主要从事航天遥感、伺服控制系统研究，Email：ciompzk@163.com

中图分类号:TN29;
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出版历程
- 收稿日期:2022-04-07
- 录用日期:2022-05-07
- 修回日期:2022-04-21
- 网络出版日期:2022-05-08
- 刊出日期:2022-05-20

Photoelectric tracking servo control method based on active disturbance rejection algorithm

1.
College of Instrumentation & Electrical Engineering, Jilin University, Changchun 130012, China
2.
Suzhou Jitian Argo Space Technology Co., LTD, Suzhou 215028, China

Funds:Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 62073150; No. 62001185); National Training Program of Innovation and Entrepreneurship for Undergraduates（No. 202110183268）

More Information

Corresponding author:zhangliu@jlu.edu.cn;zhaohyjlu@jlu.edu.cn;ciompzk@163.com

摘要

摘要:为提高光电跟踪控制系统的跟踪速度和稳态精度，本文对光电跟踪伺服系统的控制方法进行了研究。首先，为了满足系统功能和性能指标要求，对伺服转台进行了结构设计。然后，设计自抗扰控制算法，得到了跟踪微分器、线性扩张状态观测器及状态误差反馈控制律。接着，在Matlab/Simulink中建立了基于自抗扰算法的跟踪伺服系统模型，位置环和速度环采取了二阶自抗扰控制策略，电流环采取了PI控制策略。仿真分析结果表明，定位跟踪时可实现无超调，并具有最快的响应速度，突加扰动时，动态降落最大值为3%，正弦跟踪误差小于0.02°。仿真结果验证了基于自抗扰控制算法的光电跟踪控制系统，在快速响应、稳态精度和抗扰性能等方面均具有较好的控制效果。
- 通信/
- 光电跟踪/
- 伺服控制/
- 自抗扰/
- 跟踪精度
Abstract:In order to improve the tracking stability and accuracy of photoelectric tracking control system, the control method of photoelectric tracking servo system is studied in this paper. Firstly, in order to meet the requirements of system function and performance index, the structure of the servo turntable is designed. Then, the linear Active Disturbance Rejection Control (ADRC) algorithm is designed, tracking differentiator and the linear extended state observer and state error feedback control law are obtained. Then, the model of tracking servo system based on ADRC algorithm is established with Matlab/Simulink, in which the position loop and speed loop adopt the second-order ADRC strategy, and the current loop adopts the PI control strategy. The simulation results show that zero overshoots can be realized during positioning tracking, and the fastest response speed can be achieved. When sudden disturbance is added, the maximum value of dynamic landing is 3%, and the sinusoidal tracking error can reach 0.02°, demonstrating that the photoelectric tracking control system based on ADRC algorithm has good results in fast response, steady-state accuracy and anti-interference performance.
- laser communication/
- photoelectric tracking/
- servo control/
- active disturbance rejection/
- tracking accuracy

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图 1伺服转台结构图

Figure 1.Structure diagram of servo turntable

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图 2自抗扰控制结构框图

Figure 2.Block diagram of active disturbance rejection control

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图 3伺服控制系统仿真模型

Figure 3.Simulation model of servo control system

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图 4阶跃信号下位置响应曲线

Figure 4.Position response curve under step signal

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图 6阶跃信号下的电流响应曲线

Figure 6.Current response curve under step signal

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图 5阶跃信号下的速度响应曲线

Figure 5.Velocity response curve under step signal

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图 7正弦跟踪信号下的位置跟踪误差曲线

Figure 7.Position tracking error curve under sinusoidal tracking signal

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图 8正弦跟踪信号下的电流响应曲线

Figure 8.Current response curve under sinusoidal tracking signal

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表 1直流电机参数

Table 1.DC motor parameters

	俯仰轴	方位轴
电机型号	NH85LYX-M1.4-E27	NH73LYX-M0.45-E48
峰值电压	24 V	48 V
峰值电流	1 A	1.5 A
峰值力矩	0.18 N·m	0.45 N·m
最大空载转速	1200 r/min	1400 r/min

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参考文献 (13)

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