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全姿态惯性稳定平台控制方法研究

全姿态惯性稳定平台控制方法研究

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作者：胡悦国防科学技术大学

学位级别：硕士

为保证惯性平台台体坐标系维持精确的惯性基准,对平台控制系统稳定回路提出严格要求。本文为提高全姿态惯性稳定平台控制系统的动态性能和稳态精度,建立了平台运动学和动力学模型,利用滑模控制方法设计了一种适用于该系统的控制器,并提... 详细信息

为保证惯性平台台体坐标系维持精确的惯性基准,对平台控制系统稳定回路提出严格要求。本文为提高全姿态惯性稳定平台控制系统的动态性能和稳态精度,建立了平台运动学和动力学模型,利用滑模控制方法设计了一种适用于该系统的控制器,并提出一种框架角轨迹分区控制方案。主要研究工作和主要成果如下:1.针对全姿态框架式惯性稳定平台的结构特点和工作原理,建立了全姿态框架平台的运动学关系和平台各回路动力学方程。根据单自由度积分陀螺仪的工作原理,建立了三个陀螺仪输出轴的动力学方程。2.研究了适用于全姿态框架式惯性稳定平台系统的状态观测器。对适用于该系统的传统龙贝格观测器、比例积分观测器、扩张状态观测器进行研究,并将比例积分观测器和扩张状态观测器结合,组成组合观测器,观测得到较为精确的状态量估计值????x、????x?、?xp?以及状态量微分项?xp??。3.针对系统初值为零的情况,为提高平台控制系统的动态性能和稳态精度,提出一种非线性积分滑模控制方法。该方法利用滑模面的积分项降低系统稳态误差,利用非线性函数g?e?“小误差放大,大误差饱和”的性质改善系统动态性能。与传统积分滑模和线性积分滑模相比,非线性积分滑模的控制性能更加优越。4.针对系统初值不为零的情况,在非线性积分滑模控制的基础上设计一种全程非线性积分滑模面。全程非线性积分滑模控制使系统在初始时刻即在滑模面上,弱化了初始条件对动态性能的影响,消除了到达阶段,从而使得全过程均具备强鲁棒性,克服了到达阶段不具备鲁棒性的缺点。5.针对全姿态系统轴间耦合的问题,分析系统各通道耦合误差来源,忽略对系统影响较小的耦合误差项,在非线性积分滑模控制的基础上设计了全局补偿的控制回路。6.提出一种全姿态惯性稳定平台框架角轨迹规划分区控制方案。简要说明了三框架四轴平台装载于导弹或火箭时的框架转动策略的局限性。提出了全姿态惯性稳定平台框架角轨迹分区控制方案,并就区域划分、部分区域轨迹规划、各区域内采用的各力矩器控制策略进行详细说明。仿真实验验证了该方案的有效性。

关键词：全姿态惯性平台组合观测器非线性积分滑模全程非线性积分滑模全局补偿框架防锁定

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