機載光電陀螺穩(wěn)定平臺速度環(huán)的高精度控制.pdf

1、陀螺穩(wěn)定平臺(Gyroscope Stabilized Platform，GSP)是慣性導(dǎo)航、制導(dǎo)及測量系統(tǒng)中的核心設(shè)備，它一方面可以有效隔離載體的擾動從而保持平臺穩(wěn)定，另一方面可以使平臺上搭載的光電跟蹤設(shè)備保持相對慣性空間的指向或按命令對目標(biāo)物體進行跟蹤，廣泛應(yīng)用在軍用和民用工程中。隨著工程應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)控制精度的要求不斷提高，對陀螺穩(wěn)定平臺的性能要求也越來越來高。對陀螺穩(wěn)定平臺進行高精度控制顯得尤為重要。
　　 機載環(huán)境下，

2、由于載體自身的運動以及外界環(huán)境對載體的干擾等都可以通過平臺框架軸間幾何約束和摩擦約束耦合到平臺上，造成平臺上光電跟蹤設(shè)備視軸的晃動，導(dǎo)致光電設(shè)備的跟蹤性能下降。因此，必須采用視軸穩(wěn)定技術(shù)，為光電跟蹤設(shè)備提供一個相對慣性空間穩(wěn)定的工作平臺，隔離載體擾動對平臺的影響。
　　 本文主要研究兩軸四框架下機載光電陀螺穩(wěn)定平臺隔離載體擾動的高精度控制，以平臺內(nèi)方位速度環(huán)為例進行建模、控制器設(shè)計等相關(guān)研究工作:
　　 (1)在對內(nèi)方位

3、速度環(huán)各模塊分析的基礎(chǔ)上，利用實驗建模與機理建模相結(jié)合的方法建立平臺線性模型;針對非線性因素中占據(jù)主導(dǎo)地位的非線性摩擦力，并結(jié)合已有的線性模型，建立平臺非線性模型;針對非線性摩擦力進行前饋補償?shù)目刂破鞯脑O(shè)計與仿真實驗分析，并且在對關(guān)鍵非線性部分已補償?shù)幕A(chǔ)上，進行帶有非線性摩擦力前饋補償?shù)亩喾N線性控制器的設(shè)計;在進行了每一種控制系統(tǒng)的仿真實驗及其結(jié)果性能對比分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計出最終滿足性指標(biāo)要求的實用的控制器。
　　 (2)在建

4、立兩軸四框架陀螺穩(wěn)定平臺內(nèi)方位速度環(huán)的非線性模型，并對非線性摩擦力進行前饋補償?shù)幕A(chǔ)上，將模型參考自適應(yīng)控制理論引入到陀螺穩(wěn)定平臺的系統(tǒng)控制中。根據(jù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、輸入/輸出關(guān)系以及廣義輸出誤差建立了離散模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng);推導(dǎo)出帶有可調(diào)函數(shù)的自適應(yīng)控制器;針對可調(diào)函數(shù)的分母有可能出現(xiàn)接近于零或為零值而導(dǎo)致可調(diào)函數(shù)值得非常大甚至無窮大的情況，提出了一種通過對分母采用閾值限制，在分母小于閾值的情況下采用上一時刻函數(shù)值代替當(dāng)前時刻函數(shù)值的

5、改進方法。對所提出的控制器的優(yōu)越性進行了性能對比實驗:在非線性摩擦力前饋補償不充分的情況，分別采用所提出的模型參考自適應(yīng)控制和比例-積分控制進行系統(tǒng)仿真的性能對比實驗及其實驗結(jié)果的對比分析。為進一步提高陀螺穩(wěn)定平臺的控制性能，提供了一種新的高精度的控制策略。
　　 (3)在仿真實驗的基礎(chǔ)上，將設(shè)計的控制器進行具體的實際實驗。分別進行了常規(guī)控制系統(tǒng)、帶有摩擦力前饋補償?shù)某Ｒ?guī)控制系統(tǒng)以及在摩擦力補償基礎(chǔ)上的模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)三種