基于摩擦力矩补偿的航空遥感惯性稳定平台控制器设计

【类型】学位论文

【作者】刘炜 

【关键词】 惯性稳定平台 摩擦建模 摩擦补偿 系统参数辨识

【摘要】三轴惯性稳定平台作为有效隔离飞行平台内外扰动、为成像载荷创造稳定环境的复杂机电一体化系统，在高精度航空遥感系统中得到广泛应用。低速、大承载比、有限运动范围内往复角运动条件下的高精度实时控制是惯性稳定平台的基本特性。成像载荷通常要求惯性稳定平台在较低跟踪角速度下实现高控制精度，而摩擦力矩是影响低速性能的主要因素，直接影响系统传动精度和运动平稳性。因此，为实现航空遥感惯性稳定平台高精度控制，需要研究低速条件下框架伺服系统的摩擦模型并设计有效的摩擦补偿控制方法。 本文主要针对航空遥感三轴惯性稳定平台的轴系非线性摩擦问题，建立含摩擦环节的惯性稳定平台控制系统模型，分析摩擦对系统性能的影响，设计相应的摩擦补偿控制器及摩擦参数辨识方案，并通过实验对补偿效果进行验证，主要内容如下：(1)在分析三轴惯性稳定平台系统结构和工作原理的基础上，结合实验数据，建立了适用于惯性稳定平台的LuGre摩擦模型及含摩擦环节的惯性稳定平台控制系统模型，仿真表明摩擦使系统运动不平稳，降低了系统的控制精度。(2)以较完备的动态LuGre模型为基于模型补偿的基础，分别设计了参数固定的摩擦补偿方法及反步积分自适应摩擦补偿方法，并从有效性及鲁棒性两方面对补偿方法进行了仿真比较与评价。结果表明，与固定参数摩擦补偿方法相比，反步积分自适应补偿方法能有效地减小摩擦干扰影响，取得更好的控制效果。(3)为得到参数确定的摩擦模型，提出了两步辨识与动态参数优化相结合的LuGre摩擦参数辨识方法，并针对三轴惯性稳定三框架系统不同的结构特点及主要扰动影响，分别设计了不同的参数辨识实验方案，并进行了实验验证。结果表明，参数辨识方案合理、有效。(4)当惯性稳定平台工作于伺服模式及跟踪POS模式时，对两种摩擦补偿方法进行实验测试。结果表明，与固定参数摩擦补偿方法相比，反步积分自适应摩擦补偿方法能更好的补偿摩擦对惯性稳定平台系统的影响，提高系统控制精度。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】周向阳

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