航空遥感三轴惯性稳定平台齿隙建模与补偿方法研究

【类型】学位论文

【作者】王媛媛 

【关键词】 惯性稳定平台 齿隙 PID 反步积分

【摘要】三轴惯性稳定平台是航空遥感对地观测系统中的一个重要组成部分。为了满足高精度、大负载、小体积的设计要求，惯性稳定平台一般采用电机和齿轮减速相结合的驱动方式。因此，惯性稳定平台的传动系统中存在着齿隙。齿隙具有强非线性、非解析描述和不可微特性，会造成系统低速不平稳、换向误差跳变，甚至会因极限环振荡而使系统变得不稳定，是影响齿轮传动环节传动精度的一个重要因素。因此，研究齿隙建模与补偿方法对提高航空遥感惯性稳定平台的响应速度和稳态精度具有重要意义。本文针对制约惯性稳定平台控制精度的齿隙误差问题，建立含有齿隙误差的惯性稳定平台控制系统模型，分析齿隙对平台性能的影响，研究相应控制方法进行齿隙误差补偿，并搭建了齿隙误差实验平台对所研究的方法进行了实验验证。详细内容如下：（1）本文针对惯性稳定平台中齿隙的特点，选择了合理的齿隙模型，建立了含有齿隙的惯性稳定平台控制系统模型，并分析了齿隙对惯性稳定平台性能的影响。（2）针对齿隙误差对惯性稳定平台造成的影响，分别采用了传统的PID方法和非线性控制理论中的反步积分方法设计了控制器进行齿隙误差的补偿，并将两种控制器的补偿效果进行了仿真对比。仿真结果表明，与PID相比，基于反步积分的控制器能更好地补偿齿隙误差。（3）进行了齿隙误差实验平台的设计。主要工作包括机械结构设计与实现，以数字信号处理器为核心的硬件电路设计与调试，齿隙误差实验平台各程序模块编写以及上位机软件开发，齿隙误差实验平台的系统联调。（4）在搭建的齿隙误差实验平台上分别对基于PID和基于反步积分的齿隙误差补偿方法的工程实践应用能力进行了对比实验。实验结果表明，基于反步积分的控制器在工程实践中能够有效补偿齿隙误差，改善系统性能。

【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】张延顺

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