经纬仪控制模态切换时的动态分析和脱靶量跃变抑制

　　1　引　言

　　现阶段,大多数光电跟踪系统都具有两个或多个传感器以便具有更为全面的观测方式。在经纬仪的实际使用过程中,往往涉及到各个工作方式互相切换的问题。这一问题属于变结构控制,如果切换方式不合理,势必会使系统的参数发生突变,导致系统动态响应明显变差;在光电跟踪中,会造成脱靶量变大,甚至丢失目标。

　　目前,这一问题在光电跟踪系统中的探讨尚不多见。工程中往往使用文献[1]中采用的淡化输入的方式,这一方式会在一段时间中改变系统结构,对系统的稳定性、跟踪精度都有一定影响,且在高速目标的跟踪中发生过丢失目标的情况。其他文献[2-3]对这一问题也有探讨,但由于工作方式和特点的不同,并不适用于光电跟踪系统,或仅仅局限在理论探讨[4],缺乏实际应用价值。针对上述问题,本文首先分析了模态切换中的动态响应过程,明确了动态响应变差的原因,并考虑在切换过程中采用初值补偿技术[3]。针对经纬仪系统的特点,设计了一种新的初值补偿算法,改善了系统动态响应过程。

　　2　系统数学模型

　　目前,经纬仪伺服系统大多采用如图1所示的速度-位置[5-7]双闭环结构。当跟踪方式发生变化时,仅为对应的位置环算法发生变化,本文采用的数学模型以某型号光电经纬仪跟踪等效正弦信号为例,各环节数学模型如下所示:

　　由于传递函数模型在处理系统初值响应中的局限性,本文首先将系统的传递函数模型转换成为状态空间模型。由于当跟踪方式发生变化时,仅为对应的位置环算法发生变化,所以将系统的速度内环和积分环节认为是广义的对象。转换后广义对象描述为:

　　其中XP,XC分别为广义对象和控制器的状态变量,u为控制器输出,e为系统的脱靶量。则闭环系统可以描述为:

　　3　切换过程分析

　　经纬仪工作过程中跟踪方式的切换可以认为是位置控制器的模态发生变化,对于上述数学模型,本文假设系统从红外跟踪状态转换到电视工作状态,红外跟踪的工作时间为[t0,t1),控制发生切换的时间为t1时刻。

　　图2所示为系统采用开关方式切换时的脱靶量响应曲线。从图中可以看出,采用开关切换时产生的问题主要有3点:

　　(1)系统发生切换的瞬间脱靶量发生了大的跃变;

　　(2)为了调节脱靶量的跃变,系统在随后调节过程中产生了超调;

　　(3)为完成上述的调节过程增加了系统的动态响应时间。

　　在经纬仪实际工作中大的跳变或是超调能够使目标脱离视场而造成跟踪失败。