基于ESO的三阶火炮位置控制：自适应与滑模设计

本文主要探讨的是基于ESO变结构算法的火炮位置控制系统的设计与优化。火炮操瞄系统由于其复杂的数学模型、强烈的随机性和不确定性，需要特别处理动力传动齿轮的非线性特性，如传动间隙、身管颤振以及弹性变形等问题。这些因素对传统控制方法构成了挑战。 首先，作者提到了文献[1]中采用的模糊神经网络，尽管它具有模糊推理功能，但面对不断变化的工作环境，系统的鲁棒性有所减弱。此外，文献[2]尝试通过单神经元控制器和监督学习规则来调整加权系数，虽然提高了适应性和快速响应，但无法有效应对系统的非线性问题，如传动间隙。 为了解决这些问题，文章引入了自抗扰控制算法中的扩展状态观测器(ESO)。ESO能够估计出所有外部扰动，包括非线性因素和外界干扰，将其转化为等效的积分串联型系统。这样，通过滑模变结构控制设计的控制器可以更好地应对这些动态变化，实现火炮的高精度、快速位置控制。 具体来说，ESO的基本原理是建立在二阶对象的分析基础上，通过设计适当的观测器矩阵，利用状态变量和输出信号来估计未知的扰动。这一步骤对于确保系统稳定性至关重要。系统模型的辨识则是通过最小二乘法对速度环进行，进一步推导出位置环的传递函数。根据辨识结果，发现该系统是一个三阶系统，这意味着需要更高级别的控制策略来补偿其复杂动态。 本文的研究旨在利用ESO技术改进火炮位置控制系统的性能，通过精确估计扰动并将其转化为易于处理的形式，结合滑模变结构控制策略，以提高火炮的控制精度和快速响应能力。这对于提升火炮在复杂条件下的稳定操控具有重要意义。