陀螺穩(wěn)定平臺(tái)伺服控制系統(tǒng)若干關(guān)鍵問題的研究.pdf

1、陀螺穩(wěn)定平臺(tái)廣泛應(yīng)用于慣性制導(dǎo)、航空偵察和海底聲納探測(cè)等高技術(shù)領(lǐng)域，其伺服控制系統(tǒng)是上述裝備的核心單元，會(huì)直接影響裝備的控制性能。論文圍繞如何提高陀螺穩(wěn)定平臺(tái)伺服控制系統(tǒng)的抗干擾能力這個(gè)重要問題，結(jié)合陀螺穩(wěn)定平臺(tái)設(shè)計(jì)中的工程實(shí)踐問題，分別從系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、伺服機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模、伺服控制器設(shè)計(jì)、基于擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膯紊窠?jīng)元自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)等方面展開研究;為了更好地測(cè)試此類系統(tǒng)的性能指標(biāo)，提高測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的自適應(yīng)性，提出了基于慣量辨識(shí)技術(shù)的測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)自

2、適應(yīng)內(nèi)?？刂品桨?。
　　本文所做的主要研究工作如下:
　　(1)分析了陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的工作機(jī)理，結(jié)合某型號(hào)陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的研制，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)組成及工作流程，基于DSP運(yùn)動(dòng)控制模塊進(jìn)行電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為相關(guān)伺服控制算法的研究和驗(yàn)證提供了一個(gè)有效的模擬平臺(tái)。
　　(2)應(yīng)用牛頓力學(xué)原理推導(dǎo)了陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)方程，建立了伺服系統(tǒng)各組成部分的數(shù)學(xué)模型，詳細(xì)分析了系統(tǒng)穩(wěn)定精度和跟蹤精度的影響因素和各種誤差的機(jī)理，為陀螺穩(wěn)定平臺(tái)伺

3、服控制算法和其它后續(xù)控制問題的研究提供了參考依據(jù)。
　　(3)總結(jié)了陀螺穩(wěn)定平臺(tái)伺服控制系統(tǒng)速率穩(wěn)定和位置跟蹤回路設(shè)計(jì)的基本問題，對(duì)陀螺穩(wěn)定伺服控制系統(tǒng)的伺服剛度、隔離度以及位置跟蹤與速率穩(wěn)定回路的特性等重要關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了較為全面的分析，為伺服控制器的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
　　(4)針對(duì)如何提高陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的抗干擾能力這個(gè)核心問題，提出了一種基于擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膯紊窠?jīng)元自適應(yīng)PI控制策略。首先，利用擾動(dòng)觀測(cè)器觀測(cè)出各種擾動(dòng)，將

4、其作為補(bǔ)償信號(hào)前饋到控制輸入端，提高平臺(tái)的抗干擾能力;同時(shí)利用神經(jīng)元的自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)力對(duì)PI參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，保證了陀螺穩(wěn)定平臺(tái)在外界擾動(dòng)和系統(tǒng)參數(shù)變化情況下對(duì)目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤的能力。通過在所研制實(shí)驗(yàn)裝置上的試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法對(duì)不確定擾動(dòng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，提升了陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的魯棒性。
　　(5)針對(duì)陀螺穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)性能指標(biāo)的測(cè)試問題，提出了基于慣量辨識(shí)技術(shù)的測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)自適應(yīng)內(nèi)模控制方案。首先建立某型號(hào)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)測(cè)試轉(zhuǎn)

5、臺(tái)內(nèi)?？刂破?，在此基礎(chǔ)上采用基于擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的慣量辨識(shí)算法來辨識(shí)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化情況，然后通過模糊控制器根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化自動(dòng)調(diào)整內(nèi)?？刂破鲄?shù)，以保證控制器的控制性能。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，該控制方案對(duì)慣量的變化有著很強(qiáng)的自適應(yīng)性，提高了測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)的抗干擾性能和系統(tǒng)的魯棒性，取得了較好的控制效果。
　　所設(shè)計(jì)的“搖擺測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)+陀螺穩(wěn)定平臺(tái)”系統(tǒng)，通過搖擺測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)來模擬載體運(yùn)行姿態(tài)，并通過陀螺穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的