光电经纬仪中的等效复合控制技术

　　1　概　述

　　在现代跟踪控制系统的设计中,不仅要求系统有高的跟踪精度,而且要有强的抗干扰能力。反馈控制是根据被控量偏离给定值的状况来进行控制,不能分析造成被控量偏离给定量的原因,而只能发现被控量偏离给定值就进行调节。但是,由于信号测量存在的滞后现象,反馈作用只是在被控量偏离给定值才进行,控制作用使被控量发生期望的变化又需要时间,因此,在滞后比较大和时间常数比较大时,反馈控制往往很不及时,造成低的系统带宽。所以,在一般的反馈控制系统中,要减小系统的稳态误差,只有采用高型别系统,或者提高开环增益,而这两种方法都将影响系统的稳定性,降低系统的动态性能,当型别过高或开环增益过大时,甚至会使得系统不稳定。对系统的抗扰动性能来说,适当选择系统带宽,可以抑制高频扰动,但对低频扰动却无能为力。如果在反馈控制回路中加入顺馈通路,这样不但可以在保持稳定的前提下极大地减小稳态误差,而且可以抑制所有可以量测的扰动,其中包括低频强扰动。光电经纬仪是一种广泛用于捕获、瞄准、跟踪系统的仪器设备,跟踪精度是衡量其性能好坏的重要指标,因此我们在经纬仪的控制系统中引进了复合控制技术,可以使控制系统的精度大为提高,也就是使系统的速度和加速度误差减小。图1示出经纬仪的复合控制的框图。由图1可知,系统的闭环和开环传递函数分别为

　　由式(4)知,加入速度顺馈后,复合控制系统的无差度由反馈控制系统的一提高为二。

　　2　等效复合控制原理

　　由上面的分析可知,在跟踪系统中,在速度环的输入端引入目标速度的顺馈信息,可消除跟踪系统的速度误差,极大地提高系统的跟踪精度。但是,在经纬仪的控制系统中,除了数字引导方式外,还有激光、红外、电视等跟踪方式,这些传感器只能提供目标与传感器视轴之间的偏差,即跟踪误差,不能得到目标的空间位置,也没有目标的速度信息,就不能够得到复合控制所需的顺馈信息。在这些跟踪方式下,为了消除稳态误差,可用测速机或编码器得到的仪器速度信息来近似代替目标的速度信息,构成等效的复合控制系统,其等效复合控制的原理图如图2所示。图中位置回路用数字方法校正,仪器的速度是由计算机根据编码器的值计算出来,然后再经一校正环节输出到速度回路的输入端。由于复合控制是在速度回路的输入端引入目标的速度信息,引入的速度的大小不受仪器速度大小的影响,相当于开环控制,它不会影响整个系统的稳定性,而等效复合控制相当于引入一个正馈回路,若正馈传递函数Gr(S)选取不当,就会影响整个系统的稳定性。这里取