機載激光通信終端的變結(jié)構(gòu)控制方法研究.pdf

1、機載激光通信終端的視軸跟蹤問題一直是激光通信領(lǐng)域的重點和難點。由于機載平臺機動性強、速度快、運動軌跡難以預測，通信前需要通信雙方進行視軸對準，并且在整個通信過程中，通信終端必須時刻對對方進行跟瞄。因此，激光通信必須建立在瞄準、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。本文主要工作是對變結(jié)構(gòu)在機載激光通信終端粗跟蹤環(huán)節(jié)的跟蹤性能進行研究，通過對

2、改進前后的變結(jié)構(gòu)控制進行仿真對比。實驗表明，PAT過程采用模糊變結(jié)構(gòu)控制在滿足精度要求的同時具有較強的魯棒性。
　　首先對平臺性能要求進行分析，確定了采用復合軸控制的優(yōu)勢與必要性，在此基礎(chǔ)上介紹了粗跟蹤平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并建立了各環(huán)節(jié)的數(shù)學模型；之后從理論上詳細介紹、分析了變結(jié)構(gòu)的控制特點與設(shè)計步驟，并通過理論驗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)計模糊控制器，通過對隸屬函數(shù)的優(yōu)化，推理規(guī)則的提煉簡化，設(shè)計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)特點與激光通信對粗跟蹤系統(tǒng)的需求，對粗跟蹤系統(tǒng)的每一環(huán)，按照期望的性能需求，進行設(shè)計與校正，并將其作為后一環(huán)的被控環(huán)節(jié)，達到將復雜的PAT控制結(jié)構(gòu)進行合理簡化的目的。最后對關(guān)鍵的位置環(huán)，采用經(jīng)過改進的模糊變結(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、等效合并時造成的不準確在內(nèi)的系統(tǒng)自身參數(shù)攝動，克服了不良因素影響。同時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，對抖振進行了有效的削弱，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控制進行對比，證明了模糊變結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)異的魯棒性、控制精度與響應的快速性，即使在干擾下，也能滿足機載激光通信對PAT粗跟蹤系統(tǒng)的要求。之后與經(jīng)典變結(jié)構(gòu)進行