航空遥感惯性稳定平台LuGre摩擦参数的分步辨识

由于航空遥感惯性稳定平台框架角运动受限,本文提出了基于LuGre摩擦模型进行参数初步和精确辨识的方法以进一步提高其控制精度。从数字控制系统出发,构建了摩擦参数辨识系统,把摩擦参数辨识问题转化为曲线拟合问题。通过限定输入信号幅值和频率,解决了框架角运动受限导致摩擦参数辨识困难的问题。结合数字控制系统特性,优先辨识摩擦线性项参数;根据摩擦静态和动态特性,提出分步夹逼和分步搜索法依次辨识剩余参数,完成初步辨识。然后代入初步辨识结果,用遗传算法完成摩擦参数的精确辨识。仿真结果表明:摩擦参数初步辨识误差小于5%,精确辨识误差小于0.7%;用辨识出的摩擦参数构建摩擦补偿器,系统对基座低频角运动干扰的抑制能力提高了4倍。最后,基于某原理样机开展了摩擦参数辨识和补偿实验,结果表明控制精度提高了1倍,证实了提出的辨识方法的有效性和工程实用意义。     

稳定平台的自适应逆控制

稳定平台严格来说是一个复杂的非线性的控制系统,常规的PID控制很难满足其高精度、快响应的特点。本文采用模型参考自适应逆作为控制器来完成稳定平台转轴的控制,尝试利用其开环特性来改进稳定平台的控制性能。稳定平台模型辨识和控制器的设计算法上都采用最小二乘法（LMS）,仿真结果表明采用自适应逆控制的稳定平台具有响应快、无超调、抗干扰能力强以及稳态误差小等优点,其动、静态性能均优于常规的PID控制     

惯性稳定平台单神经元/PID自适应复合控制与参数优化

针对成像载荷对惯性稳定平台高稳定精度控制的要求,提出一种基于改进型细菌觅食优化算法的单神经元/PID自适应复合控制方法。首先将单神经元与PID控制结合组成单神经元/PID自适应复合控制器,实现惯性稳定平台自适应控制,提高系统控制精度;其次,针对传统试凑法难以获得控制器最优控制参数的不足,采用改进型细菌觅食优化算法对复合控制器进行参数寻优,实现控制参数最优化;最后,对提出方法进行仿真分析和实验验证。实验结果表明:采用参数优化的单神经元/PID自适应复合控制后,稳定平台稳定精度和扰动抑制能力都得到明显提高,静基座和动基座条件下角位置误差分别为0.003 8°和0.290 4°,与传统PID控制相比分别提高19.1%和39.9%。     

惯性稳定平台载体扰动抑制算法研究

为了减小载体扰动对机载光电设备的影响,需要设计保证惯性稳定平台稳定的控制算法。以某型号惯性稳定平台为研究对象,通过建立其机电系统的动态模型,分析了影响平台稳像精度的扰动因素,在此基础上设计了扰动观测器。此外,为有效抑制载体的周期性扰动作用,针对性地设计了重复控制算法。仿真结果表明,所提出的扰动观测器与重复控制相结合的复合控制算法能够有效地抑制载体扰动,提高系统稳像精度。     

高阶惯性系统自适应控制研究

热力系统中的热工过程大多属于高阶陨性系统。高阶惯性系统是一类多容、变化缓慢的动态系统，对此类系统采用一般的常规反馈控制方法是很难获得令人满意的控制效果的。本文应用IMC系统特性和模型参考自适应控制原理，并参照滞后系统Smith预估控制的方法，提出了控制高阶陨性系统的自适应控制新方法，仿真研究及现场实际运行均获得满意的控制效果。     

基于模糊切换增益调节的惯性稳定平台滑模控制

为了实现航空遥感惯性稳定平台在复杂多源扰动环境下的高精度控制,提出基于模糊滑模的惯性稳定平台高精度控制方法,通过对总和扰动抑制实现对多源扰动抑制,从而提高稳定平台控制精度.首先将惯性稳定平台的所有扰动视为整体,基于滑模等效控制设计惯性稳定平台的全局快速终端滑模控制器,实现系统状态快速、精确地收敛到平衡状态并且不离开滑模...     

参数在线辨识的交流位置伺服系统前馈控制

研究了基于前馈控制的交流位置伺服系统的轨迹跟踪控制问题。提出一种自适应模型参数在线辨识的改进方法,用以快速、有效地辨识出模型参数的变化,并应用到前馈控制器中。研究结果表明,基于模型参数在线辨识的前馈控制可以实现位置伺服系统的高速、高精度跟踪控制。     

一种结合扰动观测器的惯性稳定平台稳定回路设计

介绍了大型重力测量惯性稳定平台的典型陀螺稳定回路设计,在此基础上以稳定回路闭环传递函数为被控对象设计了扰动观测器,实现了扰动观测器与陀螺稳定回路的结合。进行了没有扰动观测器和带有扰动观测器的稳定回路控制仿真对比,仿真结果表明,结合扰动观测器的稳定回路,具有更好的抗低频干扰力矩和高频陀螺测量噪声的能力。     

陀螺惯性平台视轴稳定双速度环串级控制的研究

针对光电跟踪系统视轴稳定采用由速率陀螺构成的单速度环伺服控制的不足，本文提出采用以直流测速机为测量反馈元件构成模拟速度内环，利用陀螺的“空间测速机”功能组成数字稳定外环的双速度环串级控制结构。将速度稳定环的抗摩擦力矩干扰功能和隔离载体扰动功能分开设计实现。从系统抗干扰性、鲁棒性等方面与单环控制进行了理论分析和比较。伺服控制器分别采用有源PI校正和时间最小参数自调整PID控制算法。在四轴稳定跟踪转台上的性能测试结果达到了系统要求的稳定精度，表明该方法能明显减小载体扰动造成的误差，在一定的测量噪声和加速度敏感度范围内，能够有效地隔离载体扰动，控制性能良好。     

无人船载设备双轴机械稳定平台速度前馈控制方法研究

针对无人船体积小、船体纵横摇摆动剧烈、变化迅速的特点,研究一种基于前馈-PID控制算法的双轴机械稳定平台控制算法.利用姿态测量模块实时测量船体纵横摇角度及角速度,经过前馈补偿算法运算后控制伺服电机动作实现平台水平稳定,保证船载设备稳定运行.     

惯性稳定平台变置信度优化平滑CMAC复合控制

提出了一种基于变置信度(MC)及优化平滑算法(OS)的改进型小脑模型关节控制器(CMAC)复合控制方法,用于提高航空遥感惯性稳定平台控制系统指向精度及稳定性。首先,以CMAC学习过程中存储单元被激活的次数为依据,对存储单元设置不同的置信程度,提高了CMAC控制器的学习效率与控制精度,避免了系统动态跟踪中过学习发散现象而导致的控制系统精度下降甚至崩溃;其次,针对常规CMAC算法系统输出波动较大问题,加入优化权值算法,改善系统输出平滑性,提高了CMAC控制器的稳定性,避免了系统输出波动对电机及传动系统损害;最后对提出方法进行了仿真分析并利用实验室某三轴惯性稳定平台进行实验验证。实验结果表明:采用基于MCOS的改进型CMAC复合控制方法后,稳定平台系统控制精度、响应速度及输出平滑稳定性均得到有效提高,动基座推车实验框架角位置水平跟踪误差RMS值为0.021 6°,相对PID与常规CMAC控制方法分别降低了55.09%和30.55%。     

航空遥感惯性稳定平台齿隙非线性建模与补偿

针对航空遥感惯性稳定平台框架伺服系统中齿隙非线性环节造成的系统驱动延时、换向跳变及冲击振荡等问题,对航空遥感惯性稳定平台齿隙非线性进行建模与补偿.在分析齿隙非线性环节结构和传动特点基础上,建立了齿隙非线性死区模型;利用MATLAB仿真分析了齿隙对系统性能的影响;以框架伺服系统为研究对象,应用反步积分法,通过依次选择Lyapunov函数,设计了基于状态反馈的控制器,并进行实验验证.结果表明:齿隙误差补偿可有效提高系统控制精度;与传统PID控制相比,反步积分法显著降低了齿隙非线性对伺服系统性能的影响,在给定框架期望转角情况下,反步积分法比PID控制响应速度提高78.26％、稳态精度提高23.1％.     

Dual-rate-loop control based on disturbance observer of angular acceleration for a three-axis aerial inertially stabilized platform

This paper presents a dual-rate-loop control method based on disturbance observer (DOB) of angular acceleration for a three-axis ISP for aerial remote sensing applications, by which the control accuracy and stabilization of ISP are improved obviously. In stabilization loop of ISP, a dual-rate-loop strategy is designed through constituting inner rate loop and the outer rate loop, by which the capability of disturbance rejection is advanced. Further, a DOB-based on angular acceleration is proposed to attenuate the influences of the main disturbances on stabilization accuracy. Particularly, an information fusion method is suggested to obtain accurate angular acceleration in DOB design, which is the key for the disturbance compensation. The proposed methods are theoretically analyzed and experimentally validated to illustrate the effectiveness.     

Design and implementation of continuous finite-time sliding mode control for 2-DOF inertially stabilized platform subject to multiple disturbances

Control performances of inertially stabilized platforms (ISPs) are always affected by various disturbed phenomena such as cross-couplings, mass unbalance, parameter variations, and external disturbances in real applications. To improve the dynamic response and the disturbance rejection ability of the ISP, a continuous finite-time sliding mode control (SMC) approach with cascaded control structure is proposed. By constructing a finite-time disturbance observer, the multiple disturbances are precisely estimated in real time without the complex modeling and calibration work. Under the field oriented control framework, for the stabilized loop subsystem, an improved super-twisting controller incorporating the disturbance estimates is developed whereas for the current loop subsystem, the super-twisting control method is directly employed. Finite-time convergence of the inertial angular rates is guaranteed with the continuous control action such that chattering is alleviated remarkably. Moreover, by utilizing the manner of disturbance compensation, the feedback control gains can be tuning down without sacrificing the disturbance rejection ability. Comparative experiments are performed to verify the effectiveness of the proposed control approach.     

二维观瞄仪稳定平台控制系统设计与仿真

针对二维观瞄仪稳定平台采用由速率陀螺构成的单速度环伺服控制的不足,提出了采用以直流测速机为测量反馈元件构成模拟内环,利用陀螺的“空间测速机”功能组成数字稳定外环的双速度环串级控制结构。设计并实现了速度稳定环的抗摩擦力矩干扰功能和隔离载体扰动功能。建立了系统模型并在Matlab中对控制效果进行了验证。研究结果表明,该方法能够明显减小载体扰动造成的误差,有效地隔离载体扰动,其控制性能良好。     

A compound scheme on parameters identification and adaptive compensation of nonlinear friction disturbance for the aerial inertially stabilized platform

A compound scheme is proposed to compensate the effect of nonlinear friction disturbance on the control precision of a three-axis inertially stabilized platform (ISP) for aerial remote sensing applications. The scheme consists of friction parameters identification and adaptive compensation. A LuGre model-based ISP friction model is first developed. Then, a comprehensive experimental scheme is proposed to obtain the static friction parameters. Further, the dynamic parameters are identified by experiments and dynamic optimization. On the basis of identified parameters and Lyapunov stability theory, a backstepping integral adaptive compensator is designed to compensate the nonlinear friction disturbance. Simulations and experiments are carried out to validate the scheme. The results show that the compound scheme can accurately obtain the friction parameters and improve the control precision and stability of ISP.     

光电陀螺稳定平台的分数阶控制

为了提高光电陀螺稳定平台的隔离度,改善其在速度扰动情况下的稳定精度和跟踪精度,将分数阶PIλ控制器引入到光电陀螺稳定平台的速率环控制中。首先,说明了采用常规PI控制提高系统精度的弊端,介绍了分数阶微积分和分数阶PIλDμ控制,提出采用分数阶PIλ控制器来提高控制系统的控制精度。然后,针对采用电流环的等效一阶纯积分控制对象,提出基于稳定裕度和剪切频率的设计方法,该方法同样适用于整数阶PI控制器。最后,以机载光电陀螺稳定平台为研究对象,分别采用分数阶PIλ和整数阶PI控制器进行了阶跃响应、速度扰动隔离和稳定精度的实验研究。实验结果表明,采用分数阶PIλ控制器的系统具有阶跃响应超调量小的优点,在幅值为3.14(°)/s,频率为0.5Hz的速度扰动下,速度扰动隔离度提高了约38%,稳定精度提高了约40%。实验表明,与整数阶PI控制器相比,采用分数阶PIλ控制器可在保证稳定裕度的前提下提高系统的控制精度,且与整数阶PI控制器一样具有易于工程实现的优点。