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专利号: 2023103929076
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种Smith预估器的位置控制器优化方法,其特征在于,包括如下步骤:获取包含Smith预估器的视觉伺服系统模型,及视觉伺服系统模型的误差传递函数;

根据误差传递函数对视觉伺服系统模型进行稳定性分析,得到视觉伺服系统的稳定性条件;

根据稳定性条件和Smith预估器中延时模型的不确定度,得到Smith预估器在模型失配情况下的位置控制器设计条件;

根据Smith预估器在模型失配情况下的位置控制器设计条件,得到Smith预估器中位置控制器的最优设计;

获取包含Smith预估器的视觉伺服系统模型的方法包括:通过陀螺仪测量视觉伺服系统平台的旋转角速度;

通过CCD图像传感器采集视觉伺服系统平台上目标的目标脱靶量;

根据旋转角速度,采用频响仪测量视觉伺服系统平台的速度对象模型根据速度对象模型 采用零极点对消法设计速度控制器Cv,形成速度内环闭环;

基于速度内环闭环得到位置被控对象模型 并设置位置控制器Cp,形成位置外环闭环;

根据位置被控对象模型 构建Smith预估器;

基于速度对象模型 速度控制器Cv、位置控制器Cp和Smith预估器得到视觉伺服系统模型;

包含Smith预估器的视觉伺服系统模型的误差传递函数S1为:其中,E为跟踪误差,R为目标输入信号,τm为目标脱靶量的延时τ的近似值,S为复变参量,V为速度闭环传递函数,V=CvGv/(1+CvGv),Gv为视觉伺服系统平台上的真实对象,由于τ≈τm<<1,当s→0时, 误差传递函数Smith预估器中位置控制器的最优设计为 其中,Cp为位置控制器,μ为Smith预估器中延时模型的不确定度,τ为视觉伺服系统中目标脱靶量的延时。

2.根据权利要求1所述的一种Smith预估器的位置控制器优化方法,其特征在于,根据误差传递函数对视觉伺服系统模型进行稳定性分析,得到视觉伺服系统的稳定性条件,方法如下:对包含Smith预估器的视觉伺服系统模型的误差传递函数进行变换,得到:由于误差传递函数中 具有稳定性,根据小增益定理,包含Smith预估器的视觉伺服系统的稳定性如下:令Cp=k,V≈1,s=jω,对于ω>0,包含Smith预估器的视觉伺服系统的稳定性条件为:其中,j为虚数符号,ω为复平面频率。

3.根据权利要求2所述的一种Smith预估器的位置控制器优化方法,其特征在于,设Smith预估器中延时模型的不确定度为 得到Smith预估器在模型失配情况下的位置控制器设计条件的方法包括:根据 将包含Smith预估器的视觉伺服系统的稳定性条件转化为:

2 2

cos(μτω)≥0.5‑ω/2k;

2 2

令f1(ω)=cos(μτω),f2(ω)=0.5‑ω/2k,则保证包含Smith预估器的视觉伺服系统的稳定性条件成立的充分条件一为:

2 2

根据充分条件一计算得到ω/k ≥μτsin(ωμτ),保证ω/k≥μτsin(ωμτ)成立的充分条件二为:根据充分条件二计算得到

由cos(ωμτ)≤1,得到 则Smith预估器在模型失配情况下的位置控制器设计条件为

4.根据权利要求3所述的一种Smith预估器的位置控制器优化方法,其特征在于,根据Smith预估器在模型失配情况下的位置控制器设计条件,得到Smith预估器中位置控制器的最优设计,方法为:在满足包含Smith预估器的视觉伺服系统模型的稳定性条件的情况下,位置控制器增益越大,视觉伺服系统的跟踪能力越大,视觉伺服系统的Smith预估器中位置控制器的最优设计为

5.一种Smith预估器的位置控制器优化装置,其特征在于,包括:模型获取模块,用于获取包含Smith预估器的视觉伺服系统模型,及视觉伺服系统模型的误差传递函数;

稳定性分析模块,用于根据误差传递函数对视觉伺服系统模型进行稳定性分析,得到视觉伺服系统的稳定性条件;

位置控制器设计模块,用于根据稳定性条件和Smith预估器中延时模型的不确定度,得到Smith预估器在模型失配情况下的位置控制器设计条件;根据Smith预估器在模型失配情况下的位置控制器设计条件,得到Smith预估器中位置控制器的最优设计;

在模型获取模块中,获取包含Smith预估器的视觉伺服系统模型的方法包括:通过陀螺仪测量视觉伺服系统平台的旋转角速度;

通过CCD图像传感器采集视觉伺服系统平台上目标的目标脱靶量;

根据旋转角速度,采用频响仪测量视觉伺服系统平台的速度对象模型根据速度对象模型 采用零极点对消法设计速度控制器Cv,形成速度内环闭环;

基于速度内环闭环得到位置被控对象模型 并设置位置控制器Cp,形成位置外环闭环;

根据位置被控对象模型 构建Smith预估器;

基于速度对象模型 速度控制器Cv、位置控制器Cp和Smith预估器得到视觉伺服系统模型;

包含Smith预估器的视觉伺服系统模型的误差传递函数S1为:其中,E为跟踪误差,R为目标输入信号,τm为目标脱靶量的延时τ的近似值,S为复变参量,V为速度闭环传递函数,V=CvGv/(1+CvGv),Gv为视觉伺服系统平台上的真实对象,由于τ≈τm<<1,当s→0时, 误差传递函数Smith预估器中位置控制器的最优设计为 其中,Cp为位置控制器,μ为Smith预估器中延时模型的不确定度,τ为视觉伺服系统中目标脱靶量的延时。

6.一种电子设备,其特征在于,包括处理器及存储介质;

所述存储介质用于存储指令;

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1~4任一项所述方法的步骤。

7.计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现权利要求1~4任一项所述方法的步骤。