前饋控制在飛行仿真轉(zhuǎn)臺中的應(yīng)用.pdf

1、飛行仿真轉(zhuǎn)臺是一類在實驗室環(huán)境中再現(xiàn)飛行器或者導彈飛行姿態(tài)和運動的半實物仿真的得力工具，它同目標發(fā)生裝置配合使用能夠模擬出導彈跟蹤目標的整個過程，并且它能夠有效地模擬飛行器或者導彈等在空間的種種運動姿態(tài)以及動力學特性。因此可以測試并評價它的控制系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)或者傳感器件等一些硬件設(shè)備的性能，為飛行器的研制、改進以及再設(shè)計提供較為可靠的實驗數(shù)據(jù)。
　　飛行仿真轉(zhuǎn)臺的控制效果對半實物仿真實驗結(jié)果起著至關(guān)重要的作用。但是被控對象受一定的

2、非線性及外界干擾的影響，系統(tǒng)跟蹤精度很難提高。且跟蹤頻帶較窄，對高動態(tài)目標難以進行有效的跟蹤。前饋控制則可以很好地拓寬系統(tǒng)的跟蹤頻帶，并且能夠明顯地提升系統(tǒng)跟蹤精度。本文也旨在解決這種問題主要做了以下研究：
　　1）針對某UUT型立式三軸仿真轉(zhuǎn)臺，先從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度分析，構(gòu)建了轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的數(shù)學模型，同時將模型進行一系列的化簡，將其化簡為一種二階環(huán)節(jié)。最后，考慮到在實際對系統(tǒng)進行分析和設(shè)計控制器時，存在自身以及外界因素對被控對象的干擾

3、，通過加入干擾觀測器（DOB）對未知干擾進行有效地估計與補償。
　　2）數(shù)字前饋的設(shè)計思路就是根據(jù)位置指令信號經(jīng)過微分來獲取速度指令信號以及加速度指令信號，并把它們乘以相對應(yīng)的常系數(shù)加入到控制系統(tǒng)當中。這種微分估計手段擁有對信號的畸變不敏感的特點，采用這種控制手段能夠有效地防止因指令發(fā)生畸變而產(chǎn)生的不良反應(yīng)，進而能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文針對數(shù)字前饋提出了以下控制策略：
　?。?）將改進型近似微分器應(yīng)用于前饋控制當中，并且給

4、出了給定參數(shù)的整定條件。改進型近似微分器可以較為精確地獲取信號的速度信號與加速度信號，且對噪聲具有一定的抑制能力，避免了傳統(tǒng)差分法放大噪聲的弊端。并使其跟基于DOB的閉環(huán)控制策略、DOB+傳統(tǒng)差分復合控制策略以及DOB+改良差分復合控制策略進行仿真比較，其仿真結(jié)果顯示DOB+改進型近似微分復合控制策略具有很好的跟蹤控制效果并且具有較強的魯棒性，在拓寬系統(tǒng)頻帶的同時，也保護了飛行仿真轉(zhuǎn)臺的執(zhí)行機構(gòu)。該方法結(jié)構(gòu)簡單，便于工程實現(xiàn)，擁有一定的

5、實際使用價值。
　?。?）針對反正切跟蹤微分器存在整定參數(shù)困難和在平衡點附近收斂慢等問題，設(shè)計了一種快速收斂的反正切跟蹤微分器。在反正切函數(shù)中加入了線性函數(shù)以及終端吸引子函數(shù)來設(shè)計出快速反正切跟蹤微分器，并且證明了它的穩(wěn)定性，令系統(tǒng)當遠離平衡點以及接近平衡點時都可以迅速且穩(wěn)定地收斂至平衡點。這種結(jié)合線性與非線性的連續(xù)函數(shù)形式，提高了系統(tǒng)的跟蹤能力，并且有效地抑制了噪聲，能夠完成對信號快速而精確的微分以及跟蹤，仿真結(jié)果顯示快速反正切

6、跟蹤微分器有一定的優(yōu)越性。將其應(yīng)用于飛行轉(zhuǎn)臺上，其仿真結(jié)果顯示出所采用的快速反正切跟蹤微分器復合控制具有很好的控制效果。
　　3）以某UUT型立式三軸仿真轉(zhuǎn)臺為例，對其實時操作平臺進行全面分析后，并對上、下位機等做一簡單介紹，并展示其運行界面以及操作流程。將本文所提出的改進型近似微分器的復合控制策略以及快速反正切跟蹤微分器的復合控制策略運用到三軸轉(zhuǎn)臺伺服控制系統(tǒng)的內(nèi)框當中，進行實驗驗證，并使其跟基于DOB的閉環(huán)控制策略進行實驗比較