無人機(jī)光電載荷視軸穩(wěn)定技術(shù)研究.pdf

1、無人機(jī)光電載荷視軸穩(wěn)定系統(tǒng)作為無人機(jī)的“眼睛",對于空中偵察、監(jiān)視等起著舉足輕重的作用。該系統(tǒng)主要完成視軸穩(wěn)定、目標(biāo)跟蹤兩種功能,系統(tǒng)的核心與難點(diǎn)是視軸穩(wěn)定的控制技術(shù);作為系統(tǒng)的核心元件,MEMS慣性器件具有體積小、成本低、測量范圍大、可靠性高和易于數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn),適合用于小型無人機(jī)對載重較為敏感的場合。
　　 對于小型無人機(jī)光電載荷視軸穩(wěn)定系統(tǒng)而言,由于空中環(huán)境的復(fù)雜性,如何有效地隔離載體的機(jī)動及外界的擾動并對光電穩(wěn)定平臺實(shí)現(xiàn)高

2、精度、高可靠、高穩(wěn)定的控制顯得尤為重要。傳統(tǒng)的控制方式建立在被控對象模型參數(shù)固定的基礎(chǔ)上,但是在實(shí)際情況中,被控對象的參數(shù)如轉(zhuǎn)動慣量、摩擦力矩等并不是保持不變的,如何采取有效的魯棒控制方式以提高系統(tǒng)的視軸穩(wěn)定精度及跟蹤性能顯得迫切需要。
　　 論文首先對無人機(jī)光電載荷視軸穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)分析與數(shù)學(xué)建模。針對系統(tǒng)設(shè)計中考慮的主要問題進(jìn)行了詳細(xì)分析,包括系統(tǒng)控制器的軟硬件方案,穩(wěn)定軸數(shù)目的選取與運(yùn)動分析,魯棒控制必要性分析,MEM

3、S陀螺去噪與溫度補(bǔ)償。針對MEMS陀螺精度受環(huán)境溫度影響的問題,提出了一種MEMS陀螺全溫度標(biāo)定與補(bǔ)償方法,得到優(yōu)化的MEMS陀螺分段誤差補(bǔ)償模型并進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法能有效地解決MEMS陀螺溫度補(bǔ)償問題。
　　 在分析系統(tǒng)各環(huán)節(jié)模型不確定參數(shù)的基礎(chǔ)上,針對三軸光電載荷視軸穩(wěn)定系統(tǒng)的參數(shù)不確定性,提出了將定量反饋(Quantitative Feedback Theory,簡稱QFT)理論設(shè)計視軸穩(wěn)定系統(tǒng)魯棒控制器

4、的策略。給出了無人機(jī)光電載荷視軸穩(wěn)定系統(tǒng)的QFT模型并進(jìn)行了分析,將QFT控制器與PID控制器的性能進(jìn)行了比較。仿真結(jié)果表明,QFT控制器的性能要優(yōu)于傳統(tǒng)的PID控制器。采用QFT設(shè)計方法,可以解決控制系統(tǒng)在參數(shù)變化導(dǎo)致性能指標(biāo)下降的情況,具有很強(qiáng)的魯棒性。
　　 針對光電載荷視軸穩(wěn)定系統(tǒng)的多輸入多輸出(MIMO)特點(diǎn),進(jìn)行了MIMO系統(tǒng)QFT控制方法研究,提出了一種MIMO系統(tǒng)QFT控制器的解耦及簡化設(shè)計方法。首先將MIMO系

5、統(tǒng)的控制問題轉(zhuǎn)化為一系列MISO子系統(tǒng),并采用近似不相關(guān)方法減少M(fèi)ISO子系統(tǒng)個數(shù),在保證系統(tǒng)性能不受影響的前提下,簡化了MIMO系統(tǒng)的QFT設(shè)計過程。推導(dǎo)過程與結(jié)果表明,該方法對于解決多輸入多輸出系統(tǒng)的QFT控制問題非常有效。
　　 在定量反饋理論控制器設(shè)計的基礎(chǔ)上,提出了一種QFT/H組合控制器的設(shè)計方法。分析了QFT與H∞的區(qū)別與關(guān)系,給出了QFT/H∞組合控制器設(shè)計的詳細(xì)步驟,并且將QFT/H∞組合控制器的性能與傳統(tǒng)QF