空间目标轨迹跟踪预见控制系统及其实验研究

【摘要】：最优预见跟踪控制算法是一种综合利用过去、现在以及将来信息的控制方法。它具有较高的轨迹跟踪精度,一定的鲁棒性以及比较理想的响应速度、稳定性。本文首先详细地推导了线性系统的最优预见跟踪控制算法基本理论,它运用扩大的误差系统作为状态变量,在性能评价函数当中综合考虑跟踪误差和控制输入的变化量,并利用目标轨迹的未来信息作为前馈补偿,这些措施使得算法精确、有效、实用。随后论文中还运用微分最优化的解法将计算最优控制输入的过程进行了简化。 文章通过将目标轨迹进行分解,然后分别加以跟踪控制的方法来研究最优预见控制算法的实用性能,所以在随后的研究当中设计了一套跟踪控制实验系统。该系统以多轴联动控制器为核心,执行机构则采用伺服电机驱动高精度定位平台来实现。这些措施使得系统具备较强的联动性能,并具备快速的响应速度和较高的执行精度,为实验分析提供了很好的物质支持。 在实验系统设计完成之后,在理论分析和实验基础上建立了它的数学模型。并对该数学模型运用改进后的最优预见控制理论进行仿真研究。仿真结果表明该算法在理论上是正确,可靠的。但同时仿真过程也暴露了它不够完善的地方在于算法运用之前涉及的一系列参数初始化问题。这些数值的准确与否对算法的运用有着直接影响,这就对算法在实际当中的运用会产生较大的阻碍作用。论文在这些方面也做了深入研究,确立了一套有效的解决方案。 最后将仿真分析的结果作为系统的输入进行了实验研究。对实验结果的分析表明,将最优预见跟踪控制算法运用在制造要求不是很高的场合是完全可靠的。但是要将该算法运用在复杂轨迹跟踪、精确加工等场合时还需要注意一些重要环节。例如:在轨迹变动较大的地方需要将运动段细分再进行跟踪;执行机构必须具备较强的即时性、较好的换向性能;程序编制需要避开优先级别低,计算占用时间长的方法等。