精密光電穩(wěn)定平臺(tái)參數(shù)辨識(shí)與摩擦補(bǔ)償控制問(wèn)題研究.pdf

1、光電穩(wěn)定平臺(tái)廣泛應(yīng)用于光電偵察裝置、精確制導(dǎo)武器以及先進(jìn)火控系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)在動(dòng)載體下對(duì)目標(biāo)快速捕獲、跟蹤與定位的關(guān)鍵部件，其性能直接影響武器裝備的偵察能力與打擊精度。隨著武器裝備的不斷發(fā)展，對(duì)光電穩(wěn)定平臺(tái)提出了越來(lái)越高的精度和輕量化要求。摩擦已成為影響輕量化穩(wěn)定平臺(tái)性能提升的主要制約因素。針對(duì)這一現(xiàn)狀，圍繞光電穩(wěn)定平臺(tái)中對(duì)摩擦干擾的抑制問(wèn)題，分別從工作機(jī)理、穩(wěn)定平臺(tái)參數(shù)辨識(shí)、預(yù)靜摩擦特性建模、辨識(shí)與補(bǔ)償控制這幾個(gè)方面開(kāi)展了深入的

2、研究。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴研究了光電穩(wěn)定平臺(tái)結(jié)構(gòu)組成和工作原理，建立了伺服機(jī)構(gòu)各組成部分?jǐn)?shù)學(xué)模型，基于伺服機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)平臺(tái)機(jī)電參數(shù)及摩擦因素對(duì)控制性能的影響進(jìn)行了理論和仿真研究，結(jié)果表明：系統(tǒng)的慣量及力矩系數(shù)決定了系統(tǒng)低頻特性及轉(zhuǎn)折頻率，通過(guò)電流閉環(huán)控制能有效抑制電樞電阻、電感及反電動(dòng)勢(shì)波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)特性的影響；摩擦對(duì)伺服性能的影響與系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)直接相關(guān)，減小靜摩擦、靜摩擦與庫(kù)倫摩擦的差值以及提高Stribeck速度閾

3、值都有助于改善控制性能、抑制極限環(huán)現(xiàn)象。
　?、漆槍?duì)頻域辨識(shí)方法在摩擦干擾下存在的不足，分析了摩擦對(duì)速度響應(yīng)的影響機(jī)理，理論推導(dǎo)了相頻特性中相位隨摩擦增大而超前的原因?；谄脚_(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程，提出了通過(guò)構(gòu)造電流激勵(lì)信號(hào)，將復(fù)雜多參數(shù)估計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)多個(gè)簡(jiǎn)單參數(shù)模型的優(yōu)化問(wèn)題，并利用多層坐標(biāo)搜索算法進(jìn)行尋優(yōu)的時(shí)域辨識(shí)方法。該方法利用系統(tǒng)現(xiàn)有控制回路及反饋測(cè)量信號(hào)，在有限行程內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的電樞電阻、電感、力矩系數(shù)、慣量、阻尼

4、、庫(kù)倫摩擦等參數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)。
　?、轻槍?duì)Prestiction態(tài)摩擦行為難以應(yīng)用傳統(tǒng)摩擦模型進(jìn)行描述的現(xiàn)狀，提出了基于預(yù)滑動(dòng)、宏觀滑動(dòng)及Prestiction態(tài)的預(yù)靜摩擦模型。對(duì)Prestiction態(tài)摩擦行為在幾類(lèi)典型摩擦負(fù)載中的一致性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究?；诤纳⑾到y(tǒng)理論證明了LuGre模型不能刻畫(huà)Prestiction態(tài)摩擦的變化過(guò)程。提出了以LuGre模型為基礎(chǔ)并加入Prestiction態(tài)過(guò)程的新摩擦模型。通過(guò)與LuGre模型

5、的仿真對(duì)比，驗(yàn)證了所提模型對(duì)Prestiction態(tài)摩擦行為描述的有效性。
　?、柔槍?duì)預(yù)靜摩擦模型的參數(shù)辨識(shí)問(wèn)題，提出了將預(yù)靜摩擦模型參數(shù)分解成靜態(tài)Stribeck模型參數(shù)、動(dòng)態(tài)摩擦參數(shù)及Prestiction態(tài)參數(shù)分步進(jìn)行估計(jì)的辨識(shí)策略。針對(duì)Stribeck模型在描述按正斜率特性變化粘滯摩擦的局限，提出了一種能刻畫(huà)正、負(fù)斜率特性粘滯摩擦的改進(jìn)Stribeck模型，為動(dòng)態(tài)摩擦參數(shù)的辨識(shí)奠定了基礎(chǔ)。仿真分析了速度回路基于摩擦力-速度

6、、驅(qū)動(dòng)力-速度估計(jì)動(dòng)態(tài)摩擦參數(shù)的結(jié)果，驗(yàn)證了應(yīng)用低速閉環(huán)條件下驅(qū)動(dòng)力與速度辨識(shí)動(dòng)態(tài)摩擦參數(shù)的有效性。然后，根據(jù)Prestiction態(tài)的速度響應(yīng)特性實(shí)現(xiàn)了對(duì)Prestiction態(tài)參數(shù)的估計(jì)。通過(guò)對(duì)多種摩擦條件進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提參數(shù)辨識(shí)方法的有效性。
　　⑸針對(duì)摩擦對(duì)平臺(tái)的穩(wěn)定精度的不利影響，研究了在穩(wěn)定平臺(tái)控制回路中進(jìn)行摩擦補(bǔ)償控制的問(wèn)題。設(shè)計(jì)了基于預(yù)靜摩擦模型的非線性摩擦補(bǔ)償器，有效提高了伺服系統(tǒng)低速段的性能。提出了一種