具有输入饱和的光电伺服平台的滑模控制

乔 琦，钟铭亮，任 维，段倩文，陈兴龙，毛 耀*

（1.中国科学院光束控制重点实验室，成都610209；2.中国科学院 光电技术研究所，成都610209；3.中国科学院大学，北京100049）

引 言

光电伺服平台是一种集光、机、电为一体的复杂高精度定向跟踪系统，被广泛应用于海陆空等领域中，主要用来实现对运动目标的实时精密跟踪和测量［1-3］。在各种应用场景中，光电伺服平台在实际运行过程中又会受到摩擦力矩、电机力矩波动、风载扰动以及其它各种非线性因素的影响，造成系统的跟踪性能降低。采用传统的比例-积分-微分（proportional-integral-derivative，PID）控制技术，在建模时一般做近似处理，忽略系统中存在的一些非线性因素，建立一个线性的数学模型，由此设计的控制器，光电伺服平台的闭环性能很难获得较大的提升［4］。而滑模控制（sliding mode control，SMC）对系统参量变化和各类扰动不敏感，具有鲁棒性好、响应速度快及物理实现简单等优点［5］，可以对上述不确定因素进行有效抑制。参考文献［6］中采用积分滑模变结构控制消除了高精度光电伺服稳定平台由非线性摩擦所引起的低速“爬行”现象。参考文献［7］中提出了一种基于有限时间扰动观测器的连续非奇异终端滑模控制方法，使得系统输出即使在多源扰动存在情况下，也可在有限时间内快速收敛到平衡点，从而提高光电跟踪系统的抗干扰能力与稳态控制精度。然而当光电伺服平台进行大幅值阶跃信号跟踪时，系统的初始误差较大，控制器会输出一个较大的控制量，同时由于伺服电机受电流、转速等因素的影响以及出于安全考虑而人为加入的限幅器，都会导致电机的输出被限制在一定的允许范围内，这种情况下系统就会产生输入饱和问题［8］。……