慣性穩(wěn)定平臺的自適應魯棒控制研究.pdf

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

2、位置。此外，在平臺長期使用過程中，不同的負載大小、不同溫度下的運行環(huán)境、長期使用所造成的部件磨損等，都將導致光電平臺系統(tǒng)參數(shù)的變動，影響一些包含系統(tǒng)參數(shù)的控制器設計。慣性穩(wěn)定平臺作為機載光電平臺的主要結構，提高慣性穩(wěn)定平臺的抗干擾能力以及控制中的自適應能力在研究機載光電平臺技術中顯得尤為關鍵。
　　本文主要對慣性穩(wěn)定平臺的擾動補償-自適應魯棒復合策略進行深入研究: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魯

3、棒方法進行了相應的改進;然后以下三角系統(tǒng)的二階運動系統(tǒng)為例，研究了擾動觀測器-自適應魯棒控制方法;接著將二階運動系統(tǒng)具體化為慣性穩(wěn)定平臺系統(tǒng)，并結合擾動觀測器和光滑摩擦力模型，對該類平臺的慣性穩(wěn)定和軌跡跟蹤兩方面進行了研究;最后針對平臺實際應用中的耦合與時延問題進行了討論。本文的主要研究內容如下:
　　1)考慮實際控制系統(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魯棒控制方法。我們采用輔助狀態(tài)變量

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

5、適應能力、擾動估計與抑制能力的擴張擾動觀測補償-自適應魯棒控制方法。通過分析，我們證明該控制方法實現(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)的近似來重新設計了擾動觀測器，實現(xiàn)所提復合控制方法在輸入飽和約束下的應用。通過數(shù)值仿真，參數(shù)估計、擾動估計，輸出跟蹤情況均得到了驗證。
　　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，實現(xiàn)對摩擦的補償和系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。然后，通過引入

6、擴張擾動觀測器，進一步提高復合控制器的性能。通過仿真分析和實驗驗證，所提方法在對慣性穩(wěn)定平臺的穩(wěn)定控制上具有較好的性能。
　　4)分析雙軸慣性穩(wěn)定平臺的控制問題。文中主要分析了俯仰-偏航兩框架的動力學特性。通過擾動估計與補償?shù)姆绞?，我們實現(xiàn)了兩軸慣性穩(wěn)定平臺的解耦控制和自適應魯棒穩(wěn)定控制。另外，針對慣性穩(wěn)定平臺以圖像跟蹤系統(tǒng)為傳感器信息來源時的時延和擾動問題，我們提出了雙擾動觀測補償跟蹤控制方法，并實現(xiàn)傳感器大時延和輸入外擾動并存