三轴跟瞄平台随动控制系统研究

发布时间：2017-11-03 10:27

  本文关键词：三轴跟瞄平台随动控制系统研究

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【摘要】：机载光电跟瞄平台是利用光电传感器对地面或者空中目标进行搜索、识别、定位与跟踪的机载目标探测设备。平台的工作环境复杂、干扰严重,环架之间存在着较强的耦合关系,光电传感器和视频跟踪器引起的大滞后也会造成很大的动态误差和降低系统的稳定性。光电跟瞄平台是惯性导航和制导的关键部分,其稳定性与控制精度对整个精确制导系统有很大的影响,因此对光电跟瞄平台控制系统的研究具有重要的现实意义和理论指导作用。因此光电跟瞄平台控制性能的改善需要从提高稳定控制的鲁棒性、抗干扰能力和跟踪精度等几方面进行研究。论文分析了光电跟瞄平台三轴环架的结构、工作原理及环架间的动力学关系,首先在考虑耦合更接近与实际对象的情况下,推导列写动力学方程,建立三轴环架精确的数学模型,并对含有非线性项复杂的精确模型进行了简化和变形,得到适用于控制器设计的数学模型。其次在不考虑耦合情况下建立各个模块的数学模型,最后列写对应的状态空间方程,得到环架的数学模型。对稳定回路设计了基于LMI的状态反馈H?稳定控制器及多输入系统极点配置控制器,分别建立跟瞄平台稳定控制系统,并对其控制效果进行对比研究。仿真结果表明,二者皆能实现对光电跟瞄平台的稳定控制,都具有鲁棒性能。相较于多输入极点配置的复杂性,状态反馈H?控制器的设计更简单,超调更小且达到稳定的时间短,具有较高的稳定精度和响应速度,控制性能明显较高。对跟踪回路设计变论域模糊PID控制器,并选择合理的伸缩因子?、?,设计了耦合情况和不耦合情况下的变论域模糊PID跟踪控制器,并与一般的模糊PID进行对比,并在此基础上加入前馈进行改进。仿真研究表明,较模糊PID跟踪控制器,加入变论域思想和前馈控制后,系统的抗干扰能力增强,进入稳态时间大大缩短,超调量减小,控制性能得到了提高。综上所述,稳定回路采用状态反馈H?稳定控制,跟踪回路采用变论域模糊PID控制器并加入前馈改进,并对光电跟瞄平台闭环性能进行仿真研究,取得了满意的控制效果。
【关键词】：光电跟瞄平台 状态反馈H?控制 极点配置算法 模糊PID控制 变论域
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V241;TJ5
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 国外研究现状10-12
• 1.2.2 国内研究现状12-14
• 1.3 光电跟瞄系统的原理、特点及结构组成14-18
• 1.3.1 光电跟瞄平台的基本原理及特点14-16
• 1.3.2 光电跟瞄平台的结构组成16-18
• 1.4 主要研究内容18-20
• 第2章 光电跟瞄平台建模与分析20-31
• 2.1 光电跟瞄平台结构20-21
• 2.1.1 引言20
• 2.1.2 光电跟瞄平台的框架20-21
• 2.1.3 光电跟瞄平台的控制要求21
• 2.2 考虑耦合下光电跟瞄平台的建模21-25
• 2.2.1 建立坐标系21-22
• 2.2.2 三轴环架动力学方程的建立22
• 2.2.3 环架动力方程的建立22-25
• 2.3 不考虑耦合下光电跟瞄平台的建模25-29
• 2.3.1 平台框架25-26
• 2.3.2 直流力矩电机26-28
• 2.3.3 位置方式陀螺仪28
• 2.3.4 功率放大器28-29
• 2.3.5 视频图像跟踪器29
• 2.4 系统模型29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 稳定回路控制器设计31-51
• 3.1 H_∞?控制理论介绍31-34
• 3.1.1 状态反馈H_∞?控制32-34
• 3.2 稳定回路状态反馈H_∞?控制器设计34-36
• 3.3 控制系统状态能观测性结构分解36-39
• 3.3.1 能观测性结构分解的介绍36
• 3.3.2 能观测性结构分解的方法36-37
• 3.3.3 对光电跟瞄系统进行能观测性结构分解37-39
• 3.4 H_∞?滤波器的设计39-44
• 3.4.1 状态观测器的介绍39-40
• 3.4.2 滤波器的介绍及选择依据40-41
• 3.4.3 H_∞?滤波器的设计方法41-42
• 3.4.4 仿真分析42-44
• 3.5 极点配置算法设计稳定控制器44-47
• 3.5.1 极点配置算法介绍44
• 3.5.2 极点配置算法实现44-46
• 3.5.3 两种稳定控制器的仿真对比46-47
• 3.6 不考虑耦合下稳定控制器的设计47-50
• 3.6.1 方位环状态反馈H?稳定控制器设计48-49
• 3.6.2 俯仰环状态反馈H?稳定控制器设计49
• 3.6.3 横滚环状态反馈H?稳定控制器设计49-50
• 3.7 本章小结50-51
• 第4章 跟踪回路变论域模糊PID控制器设计51-74
• 4.1 模糊控制器51-52
• 4.2 变论域模糊控制思想52-53
• 4.2.1 伸缩因子的定义及选取52-53
• 4.3 变论域模糊PID控制器53-55
• 4.3.1 模糊规则54-55
• 4.4 变论域模糊PID控制器的设计55-57
• 4.4.1 相关模块参数的设计与制定55-57
• 4.5 不考虑耦合下变论域模糊PID控制器研究57-65
• 4.5.1 方位环变论域模糊PID控制仿真研究57-60
• 4.5.2 俯仰环变论域模糊PID控制仿真研究60-62
• 4.5.3 横滚环变论域模糊PID控制仿真研究62-65
• 4.6 耦合下变论域模糊PID控制器设计65-72
• 4.6.1 变论域模糊PID控制仿真研究66-72
• 4.7 本章小结72-74
• 第5章 结论与展望74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-81
• 攻读学位期间的研究成果81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 卢广山,姜长生,张宏;机载光电跟踪系统模糊控制的优化设计与仿真[J];航空学报;2002年01期

2 付兴建,童朝南,孙一康,彭开香;H_∞控制理论的发展及研究现状[J];计算技术与自动化;2004年01期

3 李广军;张雪平;杨欣;;变论域模糊自适应PID控制[J];宜宾学院学报;2010年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李庆;航空光电吊舱陀螺稳定系统研究[D];哈尔滨工程大学;2007年

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本文编号：1135809