基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010732620.X (22)申请日 2020.07.27 (71)申请人 北京控制工程研究所 地址 100080 北京市海淀区北京2729信箱 (72)发明人 郭超勇刘继奎张述卿蒋俊 张强马婷婷刘露咪王红卫 刘雪鹏刘巍 (74)专利代理机构 中国航天科技专利中心 11009 代理人 高志瑞 (51)Int.Cl. G05B 11/42(2006.01) G05B 13/04(2006.01) G05D 1/12(2006.01) (54)发明名称 一种基于线性跟踪微分器。

2、的位置前馈控制 方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于线性跟踪微分器的 位置前馈控制方法， 本发明采用一种位置前馈控 制环节， 提取位置输入的微分信号(速度成分)作 为速度给定的超前补偿， 这样既加快了位置跟随 响应速度， 同时通过调整前馈控制器， 可进一步 降低跟踪误差。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 112051726 A 2020.12.08 CN 112051726 A 1.一种基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法， 其特征在于， 所述方法包括如下步 骤： (1)根据预设伺服机构控制模式字MS得到速率跟踪因子 和位置调节器的控制参数系 数矩阵K； (2)根据步骤(1)中。

3、的速率跟踪因子和预设的第k个周期的伺服机构位置跟踪指令 执行线性跟踪微分计算得到第k个周期的前馈控制角速度指令 (3)光电编码器(7)将检测到的被控对象(8)的第k个周期的机械角度 m(k)以及预设的 第k个周期的伺服机构位置跟踪指令进行差分计算得到第k个周期的角度跟踪误差e1 (k)； (4)将步骤(1)中的位置调节器的控制参数系数矩阵K和步骤(3)中的第k个周期的角度 跟踪误差e1(k)输入到位置调节器(2)， 位置调节器(2)通过比例微分计算得到第k个周期的 角速度指令值 (5)光电编码器(7)将检测到的被控对象(8)的第k个周期的机械角度 m(k)传输至速度 检测计算模块(5)， 速度。

4、检测计算模块(5)对第k个周期的机械角度 m(k)进行差分计算， 得 到第k个周期的角速度反馈值T(k)； (6)根据步骤(5)中的第k个周期的角速度反馈值T(k)、 步骤(4)中的第k个周期的角速 度指令值和步骤(2)中的第k个周期的前馈控制角速度指令得到第k个周期的角 速度速差值e2(k)； (7)将步骤(6)中的第k个周期的角速度速差值e2(k)输入至速度调节器模块(4)， 速度调 节器模块(4)将第k个周期的角速度速差值e2(k)进行比例积分计算得到力矩电流指令值， 将力矩电流指令值输出给驱动模块(6)， 驱动模块(6)根据力矩电流指令值输出控制电流施 加在被控对象(8)上。 2.根据。

5、权利要求1所述的基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法， 其特征在于： 在步 骤(1)中， 速率跟踪因子 为： 其中， 1为预设伺服机构控制模式字为0时对应的速率跟踪因子， 2为预设伺服机构控 制模式字MS为1时对应的速率跟踪因子。 3.根据权利要求1所述的基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法， 其特征在于： 在步 骤(1)中， 位置调节器的控制参数系数矩阵K为： 其中， kp0和kd0表示预设伺服机构控制模式字MS0时选取的位置调节器的控制参数， kp1和kd1表示预设伺服机构控制模式字MS1时选取的位置调节器的控制参数。 4.根据权利要求1所述的基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法， 其特征。

6、在于： 在步 骤(2)中， 根据步骤(1)中的速率跟踪因子 和预设的第k个周期的伺服机构位置跟踪指令 权利要求书 1/2 页 2 CN 112051726 A 2 行线性跟踪微分计算得到第k个周期的前馈控制角速度指令包括如下步骤： 步骤(21)： 光电编码器(7)采集控制对象(8)的第k个周期的机构角度 m(k)， 根据第k个 周期的机构角度 m(k)得到第k个周期的LTD前馈控制器角度状态量x1(k)； 步骤(22)： 将预设的第k个周期的伺服机构位置跟踪指令赋予LTD前馈控制器(1) 的第k个周期的输入量v(k)， 计算LTD前馈控制器(1)的第k个周期的输入量v(k)与第k个周 期的LT。

7、D前馈控制器角度状态量x1(k)的差值f_err， 并对差值f_err进行过零处理； 步骤(23)： 将过零处理后的差值f_err代入到线性跟踪微分计算公式得到第k+1周期的 LTD前馈控制器角度状态量x1(k+1)和第k+1周期的LTD前馈控制器角速度状态量x2(k+1)； 步骤(24)： 将第k+1周期的LTD前馈控制器角速度状态量x2(k+1)赋予第k个周期的前馈 控制角速度指令 5.根据权利要求4所述的基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法， 其特征在于： 在步 骤(22)中， 差值f_err进行过零处理包括： 如果f_err ， 则f_errf_err-2 ； 如果f_err- ， 则。

8、f_errf_err+2 。 6.根据权利要求4所述的基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法， 其特征在于： 在步 骤(23)中， 线性跟踪微分计算公式为： 其中， h为采样步长， x1(k)为第k个周期的LTD前馈控制器角度状态量， x2(k)为第k周期 的LTD前馈控制器角速度状态量。 7.根据权利要求1所述的基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法， 其特征在于： 在步 骤(3)中， 第k个周期的角度跟踪误差e1(k)为： 8.根据权利要求3所述的基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法， 其特征在于： 在步 骤(4)中， 位置调节器(2)的第k个周期的角速度指令值为： 其中， kp为位置调节器的。

9、控制参数系数矩阵K中的kp0或kp1， kd为位置调节器的控制参数 系数矩阵K中的kd0或kd1， Tc为位置环控制周期， e1(k-1)为第k-1个周期的角度跟踪误差。 9.根据权利要求1所述的基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法， 其特征在于： 在步 骤(5)中， 第k个周期的角速度反馈值T(k)为： 其中， Ts为速度计算差分周期， m(k-1)为第k个周期的机械角度。 10.根据权利要求1所述的基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法， 其特征在于： 在 步骤(6)中， 第k个周期的角速度速差值e2(k)为： 权利要求书 2/2 页 3 CN 112051726 A 3 一种基于线性跟踪微。

10、分器的位置前馈控制方法 技术领域 0001 本发明属于空间高精度指向跟踪技术领域， 尤其涉及一种基于线性跟踪微分器的 位置前馈控制方法。 背景技术 0002 随着空间飞行器技术水平的飞速发展以及空间任务需求的不断提高， 空间信息获 取技术和空间信息传输技术得到迅猛发展， 对空间执行机构也提出了许多新的挑战。 作为 考量动态性能的跟踪误差以及稳态性能的指向精度成为其中最为重要的指标之一。 0003 激光通信终端多包含跟瞄系统以导引光束， 使之迅速发现并精确跟踪目标。 这种 捕获、 跟踪和瞄准技术简称ATP(Acquisition、 Tracking and Pointing System)技术。。

11、 ATP 的工作过程主要分为初始指向、 快速捕获、 粗精跟踪和动态通信等四个重要阶段， 其中粗跟 踪装置(Coarse Pointing Assembly， 简称CPA)是ATP跟踪分系统的外环， 具体部分由粗跟 踪探测器、 粗跟踪伺服控制器、 粗跟踪伺服转台构成。 它在系统成功捕获后， 快速实现动态 粗跟踪。 CPA具有较大的跟踪视场、 较大的负载和较低的跟踪带宽， 可保证光束进入精跟踪 视场， 由精跟踪装置(Fine Pointing Assembly， 简称FPA)实现最终光通信链路的建立。 0004 光通信跟瞄机构的最终驱动对象为激光光束， 光束锥角非常小， 通常只有几角秒， 对驱动机。

12、构的指向精度要求更高。 现有技术中单纯采用PID结构的位置调节器无法兼顾不 同输入要求， 尤其是在粗指向机构跟踪控制采用类斜坡输入、 螺旋扫描采用正弦输入时， 响 应较慢且误差较大。 发明内容 0005 本发明解决的技术问题是： 克服现有技术的不足， 提供了一种基于线性跟踪微分 器的位置前馈控制方法， 提取位置输入的微分信号(速度成分)作为速度给定的超前补偿， 这样既加快了位置跟随响应速度， 同时通过调整前馈控制器， 可进一步降低跟踪误差。 0006 本发明目的通过以下技术方案予以实现： 一种基于线性跟踪微分器的位置前馈控 制方法， 所述方法包括如下步骤： (1)根据预设伺服机构控制模式字MS。

13、得到速率跟踪因子 和位置调节器的控制参数系数矩阵K； (2)根据步骤(1)中的速率跟踪因子 和预设的第k个 周期的伺服机构位置跟踪指令行线性跟踪微分计算得到第k个周期的前馈控制角速 度指令(3)光电编码器将检测到的被控对象的第k个周期的机械角度 m(k)以及预设 的第k个周期的伺服机构位置跟踪指令得到第k个周期的角度跟踪误差e1(k)； (4)根 据步骤(1)中的位置调节器的控制参数系数矩阵K和步骤(3)中的第k个周期的角度跟踪误 差e1(k)得到位置调节器的第k个周期的角速度指令值(5)光电编码器将检测到的被 控对象的第k个周期的机械角度 m(k)传输至速度检测计算模块， 速度检测计算模块对。

14、第k 个周期的机械角度 m(k)进行差分计算， 得到第k个周期的角速度反馈值T(k)； (6)根据步 骤(5)中的第k个周期的角速度反馈值T(k)、 步骤(4)中的第k个周期的角速度指令值 说明书 1/8 页 4 CN 112051726 A 4 和步骤(2)中的第k个周期的角速度指令值得到第k个周期的角速度速差值e2 (k)； (7)将步骤(6)中的第k个周期的角速度速差值e2(k)输入至速度调节器模块， 速度调节 器模块将第k个周期的角速度速差值e2(k)进行比例积分计算得到力矩电流指令值， 将力矩 电流指令值输出给驱动模块， 驱动模块根据力矩电流指令值输出控制电流施加在被控对象 上。 0。

15、007 上述基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法中， 在步骤(1)中， 速率跟踪因子 为： 0008 0009 其中， 1为预设伺服机构控制模式字为0时对应的速率跟踪因子， 2为预设伺服机 构控制模式字MS为1时对应的速率跟踪因子。 0010 上述基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法中， 在步骤(1)中， 位置调节器的控 制参数系数矩阵K为： 0011 0012 其中， kp0和kd0表示预设伺服机构控制模式字MS0时选取的位置调节器的控制参 数， kp1和kd1表示预设伺服机构控制模式字MS1时选取的位置调节器的控制参数。 0013 上述基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法中， 在步骤(2)。

16、中， 根据步骤(1)中 的速率跟踪因子 和预设的第k个周期的伺服机构位置跟踪指令行线性跟踪微分计算 得到第k个周期的前馈控制角速度指令包括如下步骤： 步骤(21)： 光电编码器(7)采集 控制对象(8)的第k个周期的机构角度 m(k)， 根据第k个周期的机构角度 m(k)得到第k个周 期的LTD前馈控制器角度状态量x1(k)； 步骤(22)： 将预设的第k个周期的伺服机构位置跟踪 指令赋予LTD前馈控制器的第k个周期的输入量v(k)， 计算LTD前馈控制器的第k个周 期的输入量v(k)与第k个周期的LTD前馈控制器角度状态量x1(k)的差值f_err， 并对差值f_ err进行过零处理； 步骤。

17、(23)： 将过零处理后的差值f_err代入到线性跟踪微分计算公式得 到第k+1周期的LTD前馈控制器角度状态量x1(k+1)和第k+1周期的LTD前馈控制器角速度状 态量x2(k+1)； 步骤(24)： 将第k+1周期的LTD前馈控制器角速度状态量x2(k+1)赋予第k个周 期的前馈控制角速度指令并返回步骤(22)进行下一控制周期的LTD前馈计算。 0014 上述基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法中， 在步骤(22)中， 差值f_err进行 过零处理包括： 如果f_err ， 则f_errf_err-2 ； 如果f_err- ， 则f_errf_err+2 。 0015 上述基于线性跟踪微。

18、分器的位置前馈控制方法中， 在步骤(23)中， 线性跟踪微分 计算公式为： 0016 0017 其中， h为采样步长， x1(k)为第k个周期的LTD前馈控制器角度状态量， x2(k)为第k 周期的LTD前馈控制器角速度状态量。 说明书 2/8 页 5 CN 112051726 A 5 0018 上述基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法中， 在步骤(3)中， 第k个周期的角 度跟踪误差e1(k)为： 0019 上述基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法中， 在步骤(4)中， 位置调节器的第 k个周期的角速度指令值为： 0020 0021 其中， kp为位置调节器的控制参数系数矩阵K中的kp0或k。

19、p1， kd位置调节器的控制参 数系数矩阵K中的kd0或kd1， Tc为位置环控制周期， e1(k-1)为第k-1个周期的角度跟踪误差。 0022 上述基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法中， 在步骤(5)中， 第k个周期的角 速度反馈值T(k)为： 0023 0024 其中， Ts为速度计算差分周期， m(k-1)为第k个周期的机械角度。 0025 上述基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法中， 在步骤(6)中， 第k个周期的角 速度速差值e2(k)为： 0026 本发明与现有技术相比具有如下有益效果： 0027 (1)本发明具有控制结构简单， 理论误差分析清晰， 实现相对简单且能取0得良好 。

20、控制效果的优点； 0028 (2)本发明针对位置前馈控制器， 提出了对输入信号采用线性跟踪微分器的方法， 根据伺服机构所处的工作模式， 实现了跟踪速率因子和位置控制调节器的变参数控制， 实 现了既能达到控制响应快、 跟踪过程无超调、 无震荡的特点。 0029 (3)与传统的前馈控制处理方法相比， 本发明极大地降低了微分噪声， 对输入的微 分信号起到了平滑作用， 改善了系统的控制性能。 附图说明 0030 通过阅读下文优选实施方式的详细描述， 各种其他的优点和益处对于本领域普通 技术人员将变得清楚明了。 附图仅用于示出优选实施方式的目的， 而并不认为是对本发明 的限制。 而且在整个附图中， 用相。

21、同的参考符号表示相同的部件。 在附图中： 0031 图1是本发明实施例提供的粗指向机构驱动系统的位置环、 速度环以及电流环路 控制框图； 0032 图2是本发明实施例提供的粗指向机构前馈控制框图； 0033 图3是本发明实施例提供的指向机构采用线性跟踪微分器的前馈控制框图； 0034 图4是本发明实施例提供的控制系统框图； 0035 图5是本发明实施例提供的伺服驱动系统位置跟踪曲线的示意图。 具体实施方式 0036 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。 虽然附图中显示了本公开 说明书 3/8 页 6 CN 112051726 A 6 的示例性实施例， 然而应当理解， 可以以各种形式。

22、实现本公开而不应被这里阐述的实施例 所限制。 相反， 提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开， 并且能够将本公开的范围 完整的传达给本领域的技术人员。 需要说明的是， 在不冲突的情况下， 本发明中的实施例及 实施例中的特征可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。 0037 粗指向机构高精度闭环伺服控制系统对位置要求快速、 准确及稳态无超调， 单纯 采用PID结构的位置调节器无法兼顾不同输入要求， 尤其是在粗指向机构跟踪控制采用类 斜坡输入、 螺旋扫描采用正弦输入时， 响应较慢且误差较大。 考虑斜坡输入或正弦输入位置 指令的斜率含有速度成分， 本发明专利提出采用一种位置前。

23、馈控制环节， 提取位置输入的 微分信号(速度成分)作为速度给定的超前补偿， 这样既加快了位置跟随响应速度， 同时通 过调整前馈控制器， 可进一步降低跟踪误差。 0038 粗指向机构采用永磁同步电机直接闭环驱动， 整个驱动由控制器、 PWM变换器和电 机组成， 实现高精度、 高动态响应控制。 其系统是一种典型的位置、 速度、 电流三环调节系 统， 系统框图如图1所示。 0039 粗指向机构位置伺服系统是一个高阶动态调节器， 为了分析方便， 考虑速度环响 应远比位置环响应快， 即位置环截止频率远小于速度环的控制带宽， 将速度环路等效为比 例为1的增益环节(图1所示虚线框内)。 速度环之后的环节近似。

24、等效为一积分环节因此 位置环复合控制系统简化控制框图如图2所示。 0040 通过图2可得前馈控制系统闭环传递函数为 0041 0042 对输入信号进行线性跟踪微分计算， 设计的二阶线性跟踪微分方程为 0043 0044 式中， 比例因子1 10， 比例因子2 20， v为输入信号， 状态量x1为输入信号的跟踪 量， 状态量x2为输入信号v的近似微分量， 为速率跟踪因子。 当 22且 11时， 线性跟踪微 分器的输出能够无超调无震荡地跟踪输入信号， 本发明采用此组参数进行后续分析和实 现。 0045 将式(2)写成状态微分方程的型式如下： 0046 0047 状态变量X2(s)作为线性跟踪微分环。

25、节的输出。 综上， 前馈控制器描述为传递函数 的形式可以描述为 0048 0049 本发明专利实现的过程需对式(3)进行离散化得到如下结果 说明书 4/8 页 7 CN 112051726 A 7 0050 0051 式中， h为采样步长。 0052 进一步， 采用线性跟踪微分器的伺服系统位置前馈的控制框图如图3所示。 位置环 前向控制器采用典型PD控制器， 为了分析方便， 控制器统一采用如下表达式 0053 G1(s)kp+kds (6) 0054 根据上述分析可知， 系统的误差函数为 0055 0056 伺服系统为位置输入下的位置环稳态误差为 0057 0058当位置给定输入为斜坡输入时，。

26、 即输入函数可描述为由式(8)求得系 统的稳态误差为 0059 0 (9) 0060 根据式(9)看出， 采用基于线性跟踪微分器的位置前馈控制发给方法实现位置环 稳态误差为零， 可获得理想的响应效果， 即实现完全跟随。 0061 本发明方案在线性跟踪微分前馈控制的基础上实现前馈跟踪器的速率跟踪因子 以及位置调节器控制参数的在线实时调整， 实现伺服机构定点指向控制无超调的目标， 同 时满足伺服系统高精度、 高动态响应控制的要求， 所述发明方法的控制框图如图4所示。 0062 所述方法针对伺服机构的不同工作模式， 选择不同的线性跟踪微分的速率跟踪因 子和位置调节控制参数， 当需要实现位置给定无超调。

27、指标时， 选择一组动态性能较低的控 制参数和速率跟踪因子； 当需要实现较低的跟踪误差时， 则选择一组动态性能较高的控制 参数和速率跟踪因子， 实现伺服系统变参数控制的目的。 0063 所述方法发明实现的伺服系统位置正弦响应曲线如图5所示。 正弦跟踪过程中的 最大误差约为20 rad， 位置跟踪误差均方根值(RMS)约为10 rad。 0064 一种基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法实现的控制系统如图4所示， 本发 明是基于永磁同步电机矢量控制系统进行实现， 以粗指向机构方位轴三相正弦波永磁同步 电机驱动为例， 主要包括： LTD前馈控制器1、 位置调节器2、 变参数选择器3、 速度调节器4、。

28、 速 度检测计算模块5、 驱动模块6、 光电编码器模块7以及控制对象8。 以LTD前馈控制器1、 位置 调节器2和变参数选择器3为核心的粗指向机构的驱动系统， 实现伺服驱动机构的高精度位 置控制。 0065 其中， 0066 LTD前馈控制器1， 根据变参数选择器3输出的跟踪速率因子、 位置指令进行跟踪微 分计算， 得出前馈环节的预测角速度输出； 位置调节器2， 用于接收位置指令， 对位置指令以 及光电编码器7检测的角度进行调节运算， 得到速度环路的给定角速度； 变参数选择器3， 用 于根据伺服驱动机构的当前工作模式， 选择对应匹配的位置调节控制器参数和前馈跟踪速 说明书 5/8 页 8 CN。

29、 112051726 A 8 率因子； 速度调节器模块4， 用于根据角速度给定值和由速度检测计算模块5输出的伺服驱 动机构电机角速度， 进行速度环路的调节计算， 得到伺服驱动机构电机的力矩电流给定值； 速度检测计算模块5， 用于对光电编码器模块7输出的角位置进行差分， 输出粗指向机构电 机角速度； 驱动模块6包括驱动电路硬件以及部分驱动相关的软件实现， 是伺服驱动机构的 直接驱动部分。 驱动模块自身实现两部分功能， 一个是实现永磁同步电机的电流闭环控制， 一个是将电流闭环的控制输出量输出给功率电路， 实现对电机的直接驱动控制； 光电编码 器模块7， 用于检测伺服驱动电机的角位置值； 控制对象8。

30、， 用于接入驱动模块6的输入电压， 实现控制对象根据输入指令的相应运动。 0067 伺服机构驱动系统的位置调节器2多采用传统PID控制算法， 而采用传统PID控制 方法， 虽然能够实现伺服系统一定程度的跟随效果， 但是是建立在牺牲位置超调的基础上 实现的， 很难既兼顾动态跟随误差又不产生超调的指标要求， 限制了伺服系统动态指向和 跟踪性能的提高。 对于伺服驱动机构定点指向工作模式， 过强的前馈作用也会增加位置响 应的超调， 而此时并不希望有过大的响应超调， 为此需将线性跟踪微分器的跟踪速率降的 比较低。 0068 因此， 可以考虑针对驱动机构伺服系统不同的工作模式选择不同的位置调节控制 参数以。

31、及线性跟踪速率因子， 当需要较小超调甚至无超调时， 选择一组动态性能较低的PID 控制参数和跟踪较慢的速率因子； 当需要较小的动态跟踪误差时， 选择动态性能高的PID控 制参数和跟踪较快的速率因子。 0069 本发明涉及的一种基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法包括以下步骤： 0070 (1)根据伺服机构当前控制模式字MS得到速率跟踪因子 和位置调节器的控制参 数系数矩阵K； 0071 定义速度跟踪因子 1和速度跟踪因子 2， 根据伺服机构工作模式字进行选择， 并输 入至LTD前馈控制器1： 0072 0073 式中， MS表示伺服机构当前控制模式， 本实施例， 取 11，230。 0074 。

32、定义位置调节器的控制参数系数矩阵K如下： 0075 0076 式中， kp0和kd0表示伺服机构工作模式字MS0时选取的位置调节器控制参数， kp1 和kd1表示MS1时选取的位置调节器参数， 本实施例位置调节器参数系数矩阵设计为 0077 (2)根据步骤1中的速率跟踪因子 和预设的第k个周期的伺服机构位置跟踪指令 行线性跟踪微分计算得到第k个周期的前馈控制角速度指令其实施过程如下 所示： 0078 步骤一： 对状态量进行初始化x1(k) m(k)， x2(k)0， m(k)表示当前时刻采集的 说明书 6/8 页 9 CN 112051726 A 9 机构角度。 0079步骤二： 将外部输入指。

33、令赋予v(k)， 计算v(k)与x1(k)的差值， 并进行过零处 理， 计算如下： 0080 (a)计算差值f_errv(k)-x1(k)； 0081 (b)过零判断： IF f_err ， f_errf_err-2 ； ELSEIF f_err- ， f_errf_err +2 0082 步骤三： 根据线性跟踪微分计算公式(5)进行状态变量的计算和更新， 生成x1(k+ 1)、 x2(k+1) 0083步骤四： 并将计算结果x2(k+1)输出，并返回步骤二进行下一控 制周期的LTD前馈计算。 0084 (3)光电编码器(7)将检测到的被控对象(8)的第k个周期的机械角度 m(k)以及预 设的。

34、第k个周期的伺服机构位置跟踪指令得到第k个周期的角度跟踪误差e1(k)。 0085 0086 (4)根据步骤(1)中的位置调节器的控制参数系数矩阵K和步骤(3)中的第k个周期 的角度跟踪误差e1(k)， 进行位置调节计算， 对式(6)进行离散化， 可以得出位置调节器2的 输出为： 0087 0088 其中， kp0和kd0表示预设伺服机构控制模式字MS0时选取的位置调节器的控制参 数， kp1和kd1表示预设伺服机构控制模式字MS1时选取的位置调节器的控制参数， Tc为位置 环控制周期， 本用例为0.5ms。 0089 (5)光电编码器7将检测到的被控对象8的第k个周期的机械角度 m(k)传输。

35、至速度 检测计算模块5， 速度检测计算模块5对第k个周期的机械角度 m(k)进行差分计算， 得到第k 个周期的角速度反馈值T(k)， 计算结果如下： 0090 0091 式中， Ts为速度计算差分周期， m(k-1)为第k个周期的机械角度， 本实施例为 0.5ms， z为离散微分算子。 0092 (6)根据步骤(5)中的第k个周期的角速度反馈值T(k)、 步骤(4)中的第k个周期 的角速度指令值和步骤(2)中的第k个周期的角速度指令值得到第k个周期的角 速度速差值e2(k)， 计算结果如下： 0093 (7)将步骤(6)中的第k个周期的角速度速差值e2(k)输入至速度调节器模块4， 速 度调节。

36、器模块4将第k个周期的角速度速差值e2(k)进行比例积分计算得到力矩电流指令 值， 将力矩电流指令值输出给驱动模块6， 驱动模块6根据力矩电流指令值输出控制电流施 加在被控对象8上， 实现了永磁同步电机的驱动控制。 0094 针对激光终端粗指向机构(CPA)研制过程中的高跟踪精度、 高指向精度、 以及高动 说明书 7/8 页 10 CN 112051726 A 10 态响应等高性能指标要求， 提出了一种基于线性跟踪微分器的位置前馈控制方法， 以满足 CPA快速捕获、 高精度跟踪响应、 阶跃无超调等要求。 0095 在粗指向机构高精度闭环驱动控制过程中， 为了保证快速实现光路闭环， 既要求 机构。

37、控制具有快速性， 能够迅速的实现光路跟踪， 又要求机构捕获到光后实现无超调。 0096 本实施例的线性跟踪微分器(LTD， Linear Tracking Differentiator)的位置前 馈控制方法， 在位置环路控制的基础上， 增加前馈控制环节， 由于对输入信号直接微分， 得 到的微分信号通常应为采样和噪声的原因导致不能直接使用， 为了抑制噪声带来的影响， 最简便的方法通常是对输入微分信号增加一阶低通滤波器， 但是给信号增加了较大的延 时， 影响控制的动态响应性能。 本实施例提出在前馈控制的基础上针对输入信号的线性跟 踪微分器， 具有跟踪器参数少， 易于整定和系统分析的特点。 0097 本发明虽然已以较佳实施例公开如上， 但其并不是用来限定本发明， 任何本领域 技术人员在不脱离本发明的精神和范围内， 都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发 明技术方案做出可能的变动和修改， 因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容， 依据本发明 的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、 等同变化及修饰， 均属于本发明技术方案 的保护范围。 说明书 8/8 页 11 CN 112051726 A 11 图1 图2 图3 图4 说明书附图 1/2 页 12 CN 112051726 A 12 图5 说明书附图 2/2 页 13 CN 112051726 A 13 。