两轴四框架结构机载光电平台扰动抑制研究

发布时间：2020-07-19 00:06

【摘要】：机载光电平台是一种高度集成的侦察设备,它集光、机、电于一体并广泛应用在民用领域和军事领域。随着侦察领域的要求不断提高,可视距离更远、抗干扰能力更强及精度更高的机载光电平台成为当今社会发展的需求。由此不同框架结构的机载光电平台应运而生,在众多机载光电平台的框架结构中,两轴四框架结构的光电平台优势愈发明显,它能够增加平台的跟踪角度范围,提高视轴稳定精度,并且防止发生传统光电平台的自锁现象等。机载两轴四框架光电平台通常工作在极其恶劣的环境下,不仅受到风阻、摩擦扰动、载机高频晃动等扰动,框架内部由于复杂的机械结构带来的耦合作用,对两轴四框架的伺服控制也带来了很大的困难,因此本文分析作用在两轴四框架结构光电平台的内外扰动,来提高光电平台伺服控制系统的抗干扰能力。本文概述了国内外机载光电平台的发展概况及趋势,介绍了机载光电平台两轴四框架系统的组成。研究分析两轴四框架结构机载光电平台受到的各类扰动,根据各类扰动的特性建立数学模型为后续的扰动抑制控制奠定基础。对两轴四框架结构机载光电平台的运动学进行了耦合分析,分析结果对两轴四框架的扰动传导和隔离起到了重要的作用。针对两轴四框架结构内外框架间连接复杂导致的框架间耦合作用,致使各框架转轴的转动惯量难以建模的问题,本文利用方向转移矩阵推导出机载光电平台两轴四框架的耦合转动惯量,建立各框架转轴的转动惯量数学模型。依据推导出的转动惯量数学模型建立两轴四框架的动力学数学模型,并利用UG软件设计机载光电平台仿真数据,验证了转动惯量数学模型的正确性。模型及仿真分析结果为两轴四框架光电平台的控制系统设计提供了依据。对两轴四框架结构机载光电平台所受扰动影响以及转动惯量耦合造成的框架转动惯量不确定带来的扰动,本文提出分别在每个框架的速度环PI控制回路中加入改进型干扰观测器的新型算法,在速度环加入改进的惯量自校正干扰观测器不仅具有传统干扰观测器的鲁棒性与稳定性,更使伺服系统的动态抗扰性能得到极大的提升。创新性地将建立并仿真验证过的转动惯量的数学模型带入到干扰观测器的名义逆模型中,实现系统参数变化的实时观测,对新的优化算法进行仿真验证,对比出惯量自校正扰动抑制算法对扰动的抑制性能最高是传统PID速度环扰动抑制性能的7.2倍;新型干扰观测器相较于传统干扰观测器在两轴四框架结构伺服控制速度环扰动抑制性能最高提升4.5倍。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V24

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本文编号：2761606