慣性穩(wěn)定平臺(tái)的自適應(yīng)魯棒控制研究.pdf

1、機(jī)載光電穩(wěn)定平臺(tái)大范圍地應(yīng)用在偵察、定位、作戰(zhàn)以及效果評估等方面。光電穩(wěn)定平臺(tái)的視軸穩(wěn)定精度是衡量其性能的一個(gè)重要指標(biāo)，穩(wěn)定精度將直接影響光電穩(wěn)定平臺(tái)的成像清晰度、信息準(zhǔn)確度等。所以，實(shí)現(xiàn)機(jī)載光電平臺(tái)的視軸穩(wěn)定控制并保持高穩(wěn)定精度非常重要。在實(shí)際復(fù)雜的工作環(huán)境下，來自載體飛機(jī)的姿態(tài)變化，載體飛機(jī)的振動(dòng)、氣流擾動(dòng)、線纜等其他一些不確定因素都將給光電平臺(tái)的穩(wěn)定控制引入擾動(dòng)力矩，使得平臺(tái)電機(jī)力矩不能完全精確地驅(qū)動(dòng)框架，視軸不能準(zhǔn)確地穩(wěn)定在期望

2、位置。此外，在平臺(tái)長期使用過程中，不同的負(fù)載大小、不同溫度下的運(yùn)行環(huán)境、長期使用所造成的部件磨損等，都將導(dǎo)致光電平臺(tái)系統(tǒng)參數(shù)的變動(dòng)，影響一些包含系統(tǒng)參數(shù)的控制器設(shè)計(jì)。慣性穩(wěn)定平臺(tái)作為機(jī)載光電平臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)，提高慣性穩(wěn)定平臺(tái)的抗干擾能力以及控制中的自適應(yīng)能力在研究機(jī)載光電平臺(tái)技術(shù)中顯得尤為關(guān)鍵。
　　本文主要對慣性穩(wěn)定平臺(tái)的擾動(dòng)補(bǔ)償-自適應(yīng)魯棒復(fù)合策略進(jìn)行深入研究:首先以下三角系統(tǒng)為研究對象，針對這類系統(tǒng)的輸入輸出約束問題中自適應(yīng)魯

3、棒方法進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn);然后以下三角系統(tǒng)的二階運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)為例，研究了擾動(dòng)觀測器-自適應(yīng)魯棒控制方法;接著將二階運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具體化為慣性穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)，并結(jié)合擾動(dòng)觀測器和光滑摩擦力模型，對該類平臺(tái)的慣性穩(wěn)定和軌跡跟蹤兩方面進(jìn)行了研究;最后針對平臺(tái)實(shí)際應(yīng)用中的耦合與時(shí)延問題進(jìn)行了討論。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1)考慮實(shí)際控制系統(tǒng)中，可能存在的輸入飽和和輸出約束問題，研究了輸入飽和和輸出約束條件下的自適應(yīng)魯棒控制方法。我們采用輔助狀態(tài)變量

4、系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)魯棒控制律設(shè)計(jì)并進(jìn)行相關(guān)穩(wěn)定性分析。改進(jìn)的控制律在系統(tǒng)輸入端發(fā)生飽和時(shí)，可以有效補(bǔ)償飽和現(xiàn)象。此外，我們對輸出約束的自適應(yīng)魯棒控制問題進(jìn)行了研究，采用障礙李雅普諾夫函數(shù)法設(shè)計(jì)了輸出約束下的自適應(yīng)魯棒控制并進(jìn)行了控制器特性分析。最后，我們提出兩種約束下的自適應(yīng)魯棒控制方法。
　　2)研究了以電機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的二階運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中位置控制和速度控制問題。針對電機(jī)系統(tǒng)中參數(shù)的不確定、輸入端外部擾動(dòng)的存在等問題，本文提出了具有參數(shù)自

5、適應(yīng)能力、擾動(dòng)估計(jì)與抑制能力的擴(kuò)張擾動(dòng)觀測補(bǔ)償-自適應(yīng)魯棒控制方法。通過分析，我們證明該控制方法實(shí)現(xiàn)了控制對象的一致最終有界性。另外，我們通過采用飽和函數(shù)的近似來重新設(shè)計(jì)了擾動(dòng)觀測器，實(shí)現(xiàn)所提復(fù)合控制方法在輸入飽和約束下的應(yīng)用。通過數(shù)值仿真，參數(shù)估計(jì)、擾動(dòng)估計(jì)，輸出跟蹤情況均得到了驗(yàn)證。
　　3)研究了單俯仰穩(wěn)定框架的穩(wěn)定控制。本文首先提出基于光滑摩擦近似模型的魯棒積分穩(wěn)定控制方法，實(shí)現(xiàn)對摩擦的補(bǔ)償和系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。然后，通過引入

6、擴(kuò)張擾動(dòng)觀測器，進(jìn)一步提高復(fù)合控制器的性能。通過仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所提方法在對慣性穩(wěn)定平臺(tái)的穩(wěn)定控制上具有較好的性能。
　　4)分析雙軸慣性穩(wěn)定平臺(tái)的控制問題。文中主要分析了俯仰-偏航兩框架的動(dòng)力學(xué)特性。通過擾動(dòng)估計(jì)與補(bǔ)償?shù)姆绞剑覀儗?shí)現(xiàn)了兩軸慣性穩(wěn)定平臺(tái)的解耦控制和自適應(yīng)魯棒穩(wěn)定控制。另外，針對慣性穩(wěn)定平臺(tái)以圖像跟蹤系統(tǒng)為傳感器信息來源時(shí)的時(shí)延和擾動(dòng)問題，我們提出了雙擾動(dòng)觀測補(bǔ)償跟蹤控制方法，并實(shí)現(xiàn)傳感器大時(shí)延和輸入外擾動(dòng)并存