一種提高空間活動(dòng)部件壽命的非線性跟蹤控制方法
【專利摘要】一種提高空間活動(dòng)部件壽命的非線性跟蹤控制方法，首先計(jì)算停動(dòng)區(qū)角速度閾值和角速度，然后進(jìn)行停動(dòng)區(qū)判決，如果目標(biāo)位于停動(dòng)區(qū)內(nèi)，則進(jìn)行方位維和俯仰維的停動(dòng)區(qū)設(shè)置，如果目標(biāo)位于停動(dòng)區(qū)外，則完成機(jī)構(gòu)非線性控制，雷達(dá)控制系統(tǒng)繼續(xù)輸出計(jì)算值給機(jī)構(gòu)控制器，控制機(jī)構(gòu)跟蹤目標(biāo)移動(dòng)。本發(fā)明通過非線性的方法實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)控制的優(yōu)化，可以有效克服常規(guī)機(jī)構(gòu)控制方式的不足，減少機(jī)械活動(dòng)部件的頻繁抖動(dòng)，增加機(jī)構(gòu)使用壽命，在工程上也易于實(shí)現(xiàn)，非常適合在引導(dǎo)衛(wèi)星伴飛和飛行器對接領(lǐng)域使用。
【專利說明】一種提高空間活動(dòng)部件壽命的非線性跟蹤控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高空間活動(dòng)部件壽命的非線性跟蹤控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前星載雷達(dá)主要采用二維機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)跟蹤目標(biāo)，引導(dǎo)衛(wèi)星伴飛或者飛行器對接。通常情況下，雷達(dá)送給機(jī)構(gòu)的角速度與目標(biāo)偏離天線法線的遠(yuǎn)近存在線性關(guān)系，這種關(guān)系即為雷達(dá)誤差斜率。在跟蹤目標(biāo)過程中，雷達(dá)會(huì)連續(xù)不斷地送角誤差信息給機(jī)構(gòu)，長時(shí)間跟蹤會(huì)造成機(jī)械活動(dòng)部件磨損，減少機(jī)構(gòu)使用壽命，機(jī)械活動(dòng)部位頻繁抖動(dòng)會(huì)對衛(wèi)星本體產(chǎn)生擾動(dòng)力矩，增加衛(wèi)星姿控負(fù)擔(dān)，影響平臺(tái)控制精度。
[0003]圖1為雷達(dá)跟蹤目標(biāo)時(shí)控制機(jī)構(gòu)示意圖，雷達(dá)法線方向?yàn)?A，目標(biāo)偏離雷達(dá)法線方位為0B，其中OA和OB的夾角為。天線背面安裝在二維伺服機(jī)構(gòu)上，雷達(dá)會(huì)控制機(jī)構(gòu)向下轉(zhuǎn)動(dòng)α °，從而跟蹤上目標(biāo)。
[0004]圖2是目標(biāo)偏離角度與角速度線性關(guān)系圖，X軸代表目標(biāo)偏離天線法線的大小，Y軸代表雷達(dá)送給機(jī)構(gòu)的角速度，角速度越大，說明機(jī)構(gòu)需要更大的驅(qū)動(dòng)力向目標(biāo)旋轉(zhuǎn)。AB虛線代表它們之間的線性關(guān)系，斜率越大說明雷達(dá)跟蹤控制能力越強(qiáng)，但是目標(biāo)跟法線的一點(diǎn)偏離就會(huì)造成極大的角速度控制機(jī)構(gòu)，引起機(jī)構(gòu)抖動(dòng)。減小斜率能較少機(jī)構(gòu)的抖動(dòng)，但是會(huì)造成雷達(dá)跟不上快速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供的一種提高空間活動(dòng)部件壽命的非線性跟蹤控制方法，通過非線性的方法實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)控制的優(yōu)化，可以有效克服常規(guī)機(jī)構(gòu)控制方式的不足，減少機(jī)械活動(dòng)部件的頻繁抖動(dòng)，增加機(jī)構(gòu)使用壽命，在工程上也易于實(shí)現(xiàn)，非常適合在引導(dǎo)衛(wèi)星伴飛和飛行器對接領(lǐng)域使用。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種提高空間活動(dòng)部件壽命的非線性跟蹤控制方法，該控制方法包含以下步驟:
步驟1、計(jì)算停動(dòng)區(qū)角速度閾值；
步驟2、計(jì)算角速度；
步驟3、進(jìn)行停動(dòng)區(qū)判決，如果目標(biāo)位于停動(dòng)區(qū)內(nèi)，則進(jìn)行步驟4，如果目標(biāo)位于停動(dòng)區(qū)夕卜，進(jìn)行步驟6;
步驟4、進(jìn)行方位維的停動(dòng)區(qū)設(shè)置；
步驟5、進(jìn)行俯仰維的停動(dòng)區(qū)設(shè)置；
步驟6、完成機(jī)構(gòu)非線性控制，雷達(dá)控制系統(tǒng)繼續(xù)輸出計(jì)算值給機(jī)構(gòu)控制器，控制機(jī)構(gòu)跟蹤目標(biāo)移動(dòng)。
[0007]所述的步驟I包含以下步驟:
步驟1.1、使用微波模擬源送給標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭模擬雷達(dá)目標(biāo)反射的回波信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭擺放的位置決定目標(biāo)偏離雷達(dá)天線主法線的偏離角度，在測試過程中，標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭必須處于天線主波束范圍內(nèi)；
步驟1.2、雷達(dá)控制系統(tǒng)發(fā)送微波雷達(dá)機(jī)構(gòu)歸零指令，此時(shí)雷達(dá)天線指向角度為O，OA方向即為雷達(dá)天線法線方向，然后雷達(dá)控制系統(tǒng)發(fā)送雷達(dá)自主跟蹤指令，此時(shí)計(jì)算得到的角速度為於，雷達(dá)控制系統(tǒng)發(fā)送機(jī)構(gòu)動(dòng)允許指令和雷達(dá)自主跟蹤指令，此時(shí)雷達(dá)天線指向標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭，即為OB方向，記錄此時(shí)雷達(dá)天線的偏離角度Λ ；
標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭偏離雷達(dá)天線法線角度為⑵，?大小等于停動(dòng)區(qū)閾值S的大小，S的范圍不超過雷達(dá)天線主波束的最大張角，偏離角度α對應(yīng)的角速度測量值聲為停動(dòng)區(qū)閾值對應(yīng)的停動(dòng)區(qū)角速度閾值；
分別在方位維和俯仰維計(jì)算停動(dòng)區(qū)角速度閾值，得到方位停動(dòng)區(qū)角速度閾值β ^^和俯仰停動(dòng)區(qū)角速度閾值β
[0008]所述的步驟2中，微波雷達(dá)通過采樣計(jì)算分別得到和信號(hào)、方位信號(hào)和俯仰信號(hào)三路信號(hào)的能量分別為:X1、X2和X3 ；
計(jì)算送給機(jī)構(gòu)的方位角速度值為:
【權(quán)利要求】
1.一種提高空間活動(dòng)部件壽命的非線性跟蹤控制方法，其特征在于，該控制方法包含以下步驟: 步驟1、計(jì)算停動(dòng)區(qū)角速度閾值； 步驟2、計(jì)算角速度； 步驟3、進(jìn)行停動(dòng)區(qū)判決，如果目標(biāo)位于停動(dòng)區(qū)內(nèi)，則進(jìn)行步驟4，如果目標(biāo)位于停動(dòng)區(qū)外，進(jìn)行步驟6; 步驟4、進(jìn)行方位維的停動(dòng)區(qū)設(shè)置； 步驟5、進(jìn)行俯仰維的停動(dòng)區(qū)設(shè)置； 步驟6、完成機(jī)構(gòu)非線性控制，雷達(dá)控制系統(tǒng)繼續(xù)輸出計(jì)算值給機(jī)構(gòu)控制器，控制機(jī)構(gòu)跟蹤目標(biāo)移動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的提高空間活動(dòng)部件壽命的非線性跟蹤控制方法，其特征在于，所述的步驟I包含以下步驟: 步驟1.1、使用微波模擬源送給標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭模擬雷達(dá)目標(biāo)反射的回波信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭擺放的位置決定目標(biāo)偏離雷達(dá)天線主法線的偏離角度，在測試過程中，標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭必須處于天線主波束范圍內(nèi)； 步驟1.2、雷達(dá)控制系統(tǒng)發(fā)送微波雷達(dá)機(jī)構(gòu)歸零指令，此時(shí)雷達(dá)天線指向角度為O，OA方向即為雷達(dá)天線法線方向 ，然后雷達(dá)控制系統(tǒng)發(fā)送雷達(dá)自主跟蹤指令，此時(shí)計(jì)算得到的角速度為々，雷達(dá)控制系統(tǒng)發(fā)送機(jī)構(gòu)動(dòng)允許指令和雷達(dá)自主跟蹤指令，此時(shí)雷達(dá)天線指向標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭，即為OB方向，記錄此時(shí)雷達(dá)天線的偏離角度& ； 標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭偏離雷達(dá)天線法線角度為《，?大小等于停動(dòng)區(qū)閾值S的大小，S的范圍不超過雷達(dá)天線主波束的最大張角，偏離角度《對應(yīng)的角速度測量值多為停動(dòng)區(qū)閾值對應(yīng)的停動(dòng)區(qū)角速度閾值； 分別在方位維和俯仰維計(jì)算停動(dòng)區(qū)角速度閾值，得到方位停動(dòng)區(qū)角速度閾值β ^^和俯仰停動(dòng)區(qū)角速度閾值β
3.如權(quán)利要求2所述的提高空間活動(dòng)部件壽命的非線性跟蹤控制方法，其特征在于，所述的步驟2中， 微波雷達(dá)通過采樣計(jì)算分別得到和信號(hào)、方位信號(hào)和俯仰信號(hào)三路信號(hào)的能量分別為:X1、X2 和 X3 ； 計(jì)算送給機(jī)構(gòu)的方位角速度值為: 其中，K為角速度斜率，是一個(gè)正值； 計(jì)算送給機(jī)構(gòu)的俯仰角速度值為: =kI(2) 其中，K為角速度斜率，是一個(gè)正值。
4.如權(quán)利要求3所述的提高空間活動(dòng)部件壽命的非線性跟蹤控制方法，其特征在于，所述的步驟3中，如果方位角速度馬e小于方位停動(dòng)區(qū)閾值β ，且俯仰角速度β ?#小于俯仰停動(dòng)區(qū)閾值β ，那么目標(biāo)落入停動(dòng)區(qū)使能區(qū)域，則進(jìn)行步驟4，否則，目標(biāo)落入停動(dòng)區(qū)使能區(qū)域之外，進(jìn)行步驟6。
5.如權(quán)利要求4所述的提高空間活動(dòng)部件壽命的非線性跟蹤控制方法，其特征在于，所述的步驟4中， 設(shè)置策略為:
6.如權(quán)利要求5所述的提高空間活動(dòng)部件壽命的非線性跟蹤控制方法，其特征在于，所述的步驟5中， 設(shè)置策略為:
【文檔編號(hào)】G05D1/12GK103472726SQ201310431790
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】鄒波, 張衡, 吉峰, 蔡昆, 姚建, 黃惟一 申請人:上海無線電設(shè)備研究所