CN103472726A - 一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法 - Google Patents
一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103472726A CN103472726A CN2013104317904A CN201310431790A CN103472726A CN 103472726 A CN103472726 A CN 103472726A CN 2013104317904 A CN2013104317904 A CN 2013104317904A CN 201310431790 A CN201310431790 A CN 201310431790A CN 103472726 A CN103472726 A CN 103472726A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ting
- radar
- target
- district
- angular velocity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 51
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 241000700199 Cavia porcellus Species 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract 1
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 2
- PCTMTFRHKVHKIS-BMFZQQSSSA-N (1s,3r,4e,6e,8e,10e,12e,14e,16e,18s,19r,20r,21s,25r,27r,30r,31r,33s,35r,37s,38r)-3-[(2r,3s,4s,5s,6r)-4-amino-3,5-dihydroxy-6-methyloxan-2-yl]oxy-19,25,27,30,31,33,35,37-octahydroxy-18,20,21-trimethyl-23-oxo-22,39-dioxabicyclo[33.3.1]nonatriaconta-4,6,8,10 Chemical compound C1C=C2C[C@@H](OS(O)(=O)=O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H]([C@H](C)CCCC(C)C)[C@@]1(C)CC2.O[C@H]1[C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](C)O[C@H]1O[C@H]1/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/[C@H](C)[C@@H](O)[C@@H](C)[C@H](C)OC(=O)C[C@H](O)C[C@H](O)CC[C@@H](O)[C@H](O)C[C@H](O)C[C@](O)(C[C@H](O)[C@H]2C(O)=O)O[C@H]2C1 PCTMTFRHKVHKIS-BMFZQQSSSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，首先计算停动区角速度阈值和角速度，然后进行停动区判决，如果目标位于停动区内，则进行方位维和俯仰维的停动区设置，如果目标位于停动区外，则完成机构非线性控制，雷达控制系统继续输出计算值给机构控制器，控制机构跟踪目标移动。本发明通过非线性的方法实现机构控制的优化，可以有效克服常规机构控制方式的不足，减少机械活动部件的频繁抖动，增加机构使用寿命，在工程上也易于实现，非常适合在引导卫星伴飞和飞行器对接领域使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法。
背景技术
目前星载雷达主要采用二维机械机构实时跟踪目标，引导卫星伴飞或者飞行器对接。通常情况下，雷达送给机构的角速度与目标偏离天线法线的远近存在线性关系，这种关系即为雷达误差斜率。在跟踪目标过程中，雷达会连续不断地送角误差信息给机构，长时间跟踪会造成机械活动部件磨损，减少机构使用寿命，机械活动部位频繁抖动会对卫星本体产生扰动力矩，增加卫星姿控负担，影响平台控制精度。
图1为雷达跟踪目标时控制机构示意图，雷达法线方向为OA，目标偏离雷达法线方位为OB，其中OA和OB的夹角为α°。天线背面安装在二维伺服机构上，雷达会控制机构向下转动α°，从而跟踪上目标。
图2是目标偏离角度与角速度线性关系图，X轴代表目标偏离天线法线的大小，Y轴代表雷达送给机构的角速度，角速度越大，说明机构需要更大的驱动力向目标旋转。AB虚线代表它们之间的线性关系，斜率越大说明雷达跟踪控制能力越强，但是目标跟法线的一点偏离就会造成极大的角速度控制机构，引起机构抖动。减小斜率能较少机构的抖动，但是会造成雷达跟不上快速运动的目标。
发明内容
本发明提供的一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，通过非线性的方法实现机构控制的优化，可以有效克服常规机构控制方式的不足，减少机械活动部件的频繁抖动，增加机构使用寿命，在工程上也易于实现，非常适合在引导卫星伴飞和飞行器对接领域使用。
为了达到上述目的，本发明提供一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，该控制方法包含以下步骤：
步骤1、计算停动区角速度阈值；
步骤2、计算角速度；
步骤3、进行停动区判决，如果目标位于停动区内，则进行步骤4，如果目标位于停动区外，进行步骤6；
步骤4、进行方位维的停动区设置；
步骤5、进行俯仰维的停动区设置；
步骤6、完成机构非线性控制，雷达控制系统继续输出计算值给机构控制器，控制机构跟踪目标移动。
所述的步骤1包含以下步骤：
步骤1.1、使用微波模拟源送给标准增益喇叭模拟雷达目标反射的回波信号，标准增益喇叭摆放的位置决定目标偏离雷达天线主法线的偏离角度，在测试过程中，标准增益喇叭必须处于天线主波束范围内；
步骤1.2、雷达控制系统发送微波雷达机构归零指令，此时雷达天线指向角度为0，OA方向即为雷达天线法线方向，然后雷达控制系统发送雷达自主跟踪指令，此时计算得到的角速度为 
，雷达控制系统发送机构动允许指令和雷达自主跟踪指令，此时雷达天线指向标准增益喇叭，即为OB方向，记录此时雷达天线的偏离角度
；
标准增益喇叭偏离雷达天线法线角度为
，
大小等于停动区阈值S的大小，S的范围不超过雷达天线主波束的最大张角，偏离角度
对应的角速度测量值
为停动区阈值对应的停动区角速度阈值；
分别在方位维和俯仰维计算停动区角速度阈值，得到方位停动区角速度阈值β方位阈和俯仰停动区角速度阈值β俯仰阈。
所述的步骤2中，微波雷达通过采样计算分别得到和信号、方位信号和俯仰信号三路信号的能量分别为：X1、X2和X3；
计算送给机构的方位角速度值为：
（1）
其中，K为角速度斜率，是一个正值；
计算送给机构的俯仰角速度值为：
（2）
其中，K为角速度斜率，是一个正值。
所述的步骤3中，如果方位角速度小于方位停动区阈值β方位阈，且俯仰角速度β俯仰小于俯仰停动区阈值β俯仰阈，那么目标落入停动区使能区域，则进行步骤4，否则，目标落入停动区使能区域之外，进行步骤6。
所述的步骤4中，设置策略为：
其中，K1，K2是缩放系数，满足
，其中
表示方位上目标偏离法线的角度。
所述的步骤5中，设置策略为：
（4）
其中，K1，K2是缩放系数，满足
，其中
表示俯仰上目标偏离法线的角度。
本发明具有如下优点：
1、采用非线性控制技术代替线性控制技术，能够提高空间活动部件的运动寿命，增加在轨工作时间。
2、减少机构抖动对卫星本体带来扰动，减少平台控制负担，提高平台控制精度。
3、机构停动区阈值是可控的，根据任务需求可以改变停动区的大小，提高非线性跟踪控制技术的灵活性，适合跟踪不同运动速度的目标。
4、如果设置停动区阈值为0，可从非线性跟踪控制转变为线性跟踪控制，灵活变更机构跟踪控制方式。
5、在工程上也易于实现，不会造成原有系统方案设计大的改动，通过增加停动区功能就能实现机构的非线性控制。
附图说明
图1为雷达跟踪目标时控制机构示意图；
图2是目标偏离角度与角速度线性关系图；
图3为本发明的流程图；
图4是停动区阈值测量方法示意图；
图5是目标跟踪时非线性控制机构示意图；
图6是目标处于雷达天线停动区内示意图。
具体实施方式
以下根据图3～图6，具体说明本发明的较佳实施例。
如图3所示，本发明提供一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，该控制方法包含以下步骤：
步骤1、计算停动区角速度阈值；
步骤1.1、使用微波模拟源送给标准增益喇叭模拟雷达目标反射的回波信号，标准增益喇叭摆放的位置决定目标偏离雷达天线主法线的偏离角度，在测试过程中，标准增益喇叭必须处于天线主波束范围内；
如图4所示，B表示在方位维标准增益喇叭摆放的位置，OC表示雷达天线主波束最大的张角，OB偏离的角度必须小于OC与OA的夹角；
步骤1.2、雷达控制系统发送微波雷达机构归零指令，此时雷达天线指向角度为0，OA方向即为雷达天线法线方向，然后雷达控制系统发送雷达自主跟踪指令，此时计算得到的角速度为，雷达控制系统发送机构动允许指令和雷达自主跟踪指令，此时雷达天线指向标准增益喇叭，即为OB方向，记录此时雷达天线的偏离角度；
标准增益喇叭偏离雷达天线法线角度为，
大小等于停动区阈值S的大小，S的范围不超过雷达天线主波束的最大张角，偏离角度
对应的角速度测量值
为停动区阈值对应的停动区角速度阈值；
分别在方位维和俯仰维计算停动区角速度阈值，得到方位停动区角速度阈值β方位阈和俯仰停动区角速度阈值β俯仰阈；
步骤2、计算角速度；
微波雷达通过采样计算分别得到和信号、方位信号和俯仰信号三路信号的能量分别为：X1、X2和X3；
计算送给机构的方位角速度值为：
其中，K为角速度斜率，是一个正值；
计算送给机构的俯仰角速度值为：
（2）
其中，K为角速度斜率，是一个正值；
步骤3、进行停动区判决，如果目标位于停动区内，则进行步骤4，如果目标位于停动区外，进行步骤6；
如果方位角速度
小于方位停动区阈值β方位阈，且俯仰角速度β俯仰小于俯仰停动区阈值β俯仰阈，那么目标落入停动区使能区域，则进行步骤4，否则，目标落入停动区使能区域之外，进行步骤6；
如图5所示，AB代表机构跟踪的停动区，如果目标偏离雷达天线法线的角度在AB区域内，雷达送给机构的角速度则为0，对机构实行非线性控制；CABD表示控制机构的非线性曲线；停动区的设置实现了机构非线性控制，不仅可以设置较大的斜率，而且减少了机构的抖动；
步骤4、进行方位维的停动区设置；
在停动区区域内对机构非线性控制，根据目标偏离雷达天线法线的程度，设置不同等级的控制策略，最高等级是把送给机构的角速度置零，此时机构不再随着目标移动；
设置策略为：
（3）
其中，K1，K2是缩放系数，满足
，其中
表示方位上目标偏离法线的角度；
步骤5、进行俯仰维的停动区设置；
设置策略为：
其中，K1，K2是缩放系数，满足
，其中表示俯仰上目标偏离法线的角度；
步骤6、完成机构非线性控制，雷达控制系统继续输出计算值给机构控制器，控制机构跟踪目标移动。
图6是目标处于雷达天线停动区内示意图，如果目标位于天线方向图的停动区内，那么雷达送给机构的角速度为0，机构处于静止状态；其中Y轴是俯仰停动区，X轴是方位停动区，ABCD的方框内是机构二维停动区，是由俯仰和方位两个方向的停动区构成，只有目标离开方框区域，雷达才能控制机构的旋转。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (6)
1.一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，其特征在于，该控制方法包含以下步骤：
步骤1、计算停动区角速度阈值；
步骤2、计算角速度；
步骤3、进行停动区判决，如果目标位于停动区内，则进行步骤4，如果目标位于停动区外，进行步骤6；
步骤4、进行方位维的停动区设置；
步骤5、进行俯仰维的停动区设置；
步骤6、完成机构非线性控制，雷达控制系统继续输出计算值给机构控制器，控制机构跟踪目标移动。
2.如权利要求1所述的提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，其特征在于，所述的步骤1包含以下步骤：
步骤1.1、使用微波模拟源送给标准增益喇叭模拟雷达目标反射的回波信号，标准增益喇叭摆放的位置决定目标偏离雷达天线主法线的偏离角度，在测试过程中，标准增益喇叭必须处于天线主波束范围内；
步骤1.2、雷达控制系统发送微波雷达机构归零指令，此时雷达天线指向角度为0，OA方向即为雷达天线法线方向，然后雷达控制系统发送雷达自主跟踪指令，此时计算得到的角速度为 
，雷达控制系统发送机构动允许指令和雷达自主跟踪指令，此时雷达天线指向标准增益喇叭，即为OB方向，记录此时雷达天线的偏离角度
；
标准增益喇叭偏离雷达天线法线角度为
，
大小等于停动区阈值S的大小，S的范围不超过雷达天线主波束的最大张角，偏离角度
对应的角速度测量值
为停动区阈值对应的停动区角速度阈值；
分别在方位维和俯仰维计算停动区角速度阈值，得到方位停动区角速度阈值β方位阈和俯仰停动区角速度阈值β俯仰阈。
3.如权利要求2所述的提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，其特征在于，所述的步骤2中，
微波雷达通过采样计算分别得到和信号、方位信号和俯仰信号三路信号的能量分别为：X1、X2和X3；
计算送给机构的方位角速度值为：
（1）
其中，K为角速度斜率，是一个正值；
计算送给机构的俯仰角速度值为：
其中，K为角速度斜率，是一个正值。
4.如权利要求3所述的提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，其特征在于，所述的步骤3中，如果方位角速度
小于方位停动区阈值β方位阈，且俯仰角速度β俯仰小于俯仰停动区阈值β俯仰阈，那么目标落入停动区使能区域，则进行步骤4，否则，目标落入停动区使能区域之外，进行步骤6。
5.如权利要求4所述的提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，其特征在于，所述的步骤4中，
设置策略为：
其中，K1，K2是缩放系数，满足
，其中
表示方位上目标偏离法线的角度。
6.如权利要求5所述的提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法，其特征在于，所述的步骤5中，
设置策略为：
其中，K1，K2是缩放系数，满足
，其中
表示俯仰上目标偏离法线的角度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2013104317904A CN103472726A (zh) | 2013-09-22 | 2013-09-22 | 一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2013104317904A CN103472726A (zh) | 2013-09-22 | 2013-09-22 | 一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103472726A true CN103472726A (zh) | 2013-12-25 |
Family
ID=49797618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2013104317904A Pending CN103472726A (zh) | 2013-09-22 | 2013-09-22 | 一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103472726A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105138011A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-12-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种航天器在轨服务观测空间目标局部范围的时间和燃料脉冲最优遍历方法 |
| CN105549384A (zh) * | 2015-09-01 | 2016-05-04 | 中国矿业大学 | 一种基于神经网络和强化学习的倒立摆控制方法 |
| CN112797597A (zh) * | 2021-01-07 | 2021-05-14 | 珠海格力电器股份有限公司 | 空气调节设备控制方法、装置、电子设备及存储介质 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1122169A (zh) * | 1994-01-20 | 1996-05-08 | 新日本制铁株式会社 | 卫星广播接收移动天线装置 |
| JP3572803B2 (ja) * | 1996-05-24 | 2004-10-06 | トヨタ自動車株式会社 | 車載用衛星信号受信装置 |
| CN101494318A (zh) * | 2009-03-11 | 2009-07-29 | 熊猫电子集团有限公司 | Ka波段移动卫星通信天线姿态自动调整方法及装置 |
| CN101576750A (zh) * | 2009-04-14 | 2009-11-11 | 上海微小卫星工程中心 | 航天器的姿态跟踪控制系统及方法 |
| CN103112604A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-05-22 | 北京控制工程研究所 | 一种卫星轨道控制方法 |
| JP5222814B2 (ja) * | 2009-09-04 | 2013-06-26 | クラリオン株式会社 | 測位方法および装置 |
-
2013
- 2013-09-22 CN CN2013104317904A patent/CN103472726A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1122169A (zh) * | 1994-01-20 | 1996-05-08 | 新日本制铁株式会社 | 卫星广播接收移动天线装置 |
| JP3572803B2 (ja) * | 1996-05-24 | 2004-10-06 | トヨタ自動車株式会社 | 車載用衛星信号受信装置 |
| CN101494318A (zh) * | 2009-03-11 | 2009-07-29 | 熊猫电子集团有限公司 | Ka波段移动卫星通信天线姿态自动调整方法及装置 |
| CN101576750A (zh) * | 2009-04-14 | 2009-11-11 | 上海微小卫星工程中心 | 航天器的姿态跟踪控制系统及方法 |
| JP5222814B2 (ja) * | 2009-09-04 | 2013-06-26 | クラリオン株式会社 | 測位方法および装置 |
| CN103112604A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-05-22 | 北京控制工程研究所 | 一种卫星轨道控制方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105138011A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-12-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种航天器在轨服务观测空间目标局部范围的时间和燃料脉冲最优遍历方法 |
| CN105549384A (zh) * | 2015-09-01 | 2016-05-04 | 中国矿业大学 | 一种基于神经网络和强化学习的倒立摆控制方法 |
| CN105549384B (zh) * | 2015-09-01 | 2018-11-06 | 中国矿业大学 | 一种基于神经网络和强化学习的倒立摆控制方法 |
| CN112797597A (zh) * | 2021-01-07 | 2021-05-14 | 珠海格力电器股份有限公司 | 空气调节设备控制方法、装置、电子设备及存储介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103472849B (zh) | 基于闭环模式合作目标跟踪的卫星姿态机动跟踪方法 | |
| US2740962A (en) | Three axis tracking system | |
| JP2018527669A (ja) | 無人航空機の地形追従飛行のための方法、装置および無人航空機 | |
| CN109827541B (zh) | 一种提高协同工作的多台光电经纬仪互引导精度的方法 | |
| CN105425819B (zh) | 一种无人机自动跟踪地面目标的制导方法 | |
| JP2017161495A (ja) | Ｇｐｓ着陸システムにおけるレーダ導出位置データの利用 | |
| CN104181512A (zh) | 用于求取车辆的雷达传感器的失准的方法和设备 | |
| CN103439977A (zh) | 适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制方法 | |
| CN108511908B (zh) | 一种具有相位抑制功能的星载天线自动跟踪控制系统及方法 | |
| CN104932548A (zh) | 一种无人机定向天线自跟踪系统设计方法 | |
| CN113051743B (zh) | 一种基于轨迹在线规划的末制导系统 | |
| CN102999048A (zh) | 一种车载动基座光电搜索跟踪转台的伺服控制方法 | |
| CN102322857A (zh) | 机动设备位姿测量系统及测量方法 | |
| US10642271B1 (en) | Vehicle guidance camera with zoom lens | |
| CN102774481A (zh) | 用于支撑舰首炮的并联机构平台装置 | |
| CN103472726A (zh) | 一种提高空间活动部件寿命的非线性跟踪控制方法 | |
| CN105934852A (zh) | 天线控制装置及天线装置 | |
| CN202737105U (zh) | 一种船载天线稳定平台定向通信系统 | |
| CN110764523B (zh) | 基于抗饱和平滑变换的比例积分前置导引攻击目标的方法 | |
| CN110658854B (zh) | 一种基于组合惯导信息应用的光电转塔视频跟踪前馈补偿方法 | |
| CN109597092A (zh) | 一种采用复合控制的空间高精度光电跟瞄系统 | |
| US20190243378A1 (en) | Radar-based guidance and wireless control for automated vehicle platooning and lane keeping on an automated highway system | |
| CN1515914A (zh) | 一种用于无人驾驶直升机的天线跟踪装置的操作方法 | |
| CN107770862A (zh) | 基于车地通信的列车定位系统及基于该系统的定位方法 | |
| CN115857520A (zh) | 一种基于视觉和船状态结合的无人机着舰状态监视方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C05 | Deemed withdrawal (patent law before 1993) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20131225 |