基于动平衡解耦和改进型自抗扰控制的遥感相机姿态高精度控制研究
发布时间：2023-08-29 20:36
具备快速、精准扫描功能的遥感相机广泛地应用于军事侦查、精准打击、主动搜索、野外救援、气流观测、气象预报等领域。由于遥感相机工作在失重环境下,微小的扰动有可能带来极大的负面影响,因此对遥感相机姿态控制系统的控制品质提出更高的要求。由于遥感相机姿态控制轴系间的运动耦合影响以及控制策略的低速控制性能和位置定位精度的欠缺,目前的遥感相机姿态控制系统的控制品质依然有待提升。为了改善遥感相机姿态控制系统的控制精度,实现遥感相机的精准定位扫描,本文开展了基于改进型自抗扰控制策略和动平衡机械机构解耦协同作用的遥感相机姿态高精度控制系统研究。首先建立了遥感相机姿态控制系统的数学模型,包括:动平衡机械解耦机构的模型,系统执行机构(永磁同步电机)的电流环、速度环、位置环数学模型。其次设计了遥感相机姿态控制系统的动平衡机械解耦机构。该机械机构中,电机定子的反向扭矩通过增速器逐级传递,反向驱动角动量平衡轮获得与电机转子驱动遥感相机主轴的角动量方向相反、量值相等的反向角动量,实现机构内部角动量平衡,完成轴系间运动耦合的解耦。然后研究了改进型自抗扰控制策略。该控制策略因为采用了大量的非线性函数,是一种非线性控制策略...
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 论文选题背景和研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 遥感相机姿态控制轴系的动平衡解耦研究现状
1.2.2 遥感相机姿态控制系统的控制机制研究现状
1.3 本文研究内容
1.3.1 遥感相机姿态控制轴系动平衡解耦机构
1.3.2 遥感相机姿态控制系统改进型自抗扰控制
1.4 论文选题及结构
1.4.1 论文选题
1.4.2 论文结构
1.5 本章小结
第2章 动平衡机械解耦机构设计与分析
2.1 引言
2.2 动平衡机械解耦机构设计
2.2.1 机构组成与工作原理
2.2.1.1 动平衡机械解耦机构的组成
2.2.1.2 动平衡机械解耦机构的工作原理
2.2.2 齿轮系设计
2.3 动平衡机械解耦机构理论验证及结果分析
2.3.1 动平衡机械解耦机构理论验证
2.3.2 动平衡机械解耦机构结果分析
2.4 动平衡机械解耦机构仿真验证及结果分析
2.4.1 动平衡机械解耦机构三维仿真模型建立
2.4.2 动平衡机械解耦机构仿真及结果分析
2.4.2.1 动平衡机械解耦机构整定角动量平衡轮的质量放大比
2.4.2.2 动平衡机械解耦机构整定增速器的增速比
2.4.2.3 动平衡解耦机械机构负载情况仿真
2.5 本章小结
第3章 遥感相机姿态控制系统建模研究
3.1 引言
3.2 遥感相机姿态控制系统组成
3.3 遥感相机姿态控制轴系的动平衡机械解耦机构模型
3.3.1 遥感相机姿态控制轴系
3.3.2 动平衡机械解耦机构模型
3.4 遥感相机姿态控制系统驱动机构(电机)建模研究
3.4.1 坐标变换原理
3.4.2 永磁同步电机数学模型
3.5 本章小结
第4章 改进型自抗扰控制策略研究
4.1 引言
4.2 从PID到ADRC
4.3 新型非线性函数研究
4.4 改进型自抗扰控制策略研究
4.4.1 跟踪微分器
4.4.1.1 关于过渡过程
4.4.1.2 跟踪微分器的算法
4.4.1.3 跟踪微分器的参数整定
4.4.1.4 跟踪微分器性能验证
4.4.2 改进型状态扩张观测器
4.4.2.1 改进型扩张状态观测器的算法
4.4.2.2 改进型扩张状态观测器的稳定性和收敛性
4.4.2.3 改进型扩张状态观测器参数整定
4.4.2.4 改进型扩张状态观测器仿真验证
4.4.3 改进型非线性状态误差反馈控制律
4.4.3.1 改进型非线性状态误差反馈控制律的算法
4.4.3.2 改进型非线性状态误差反馈控制律仿真验证
4.4.3.3 改进型非线性状态误差反馈控制律参数整定
4.4.4 扰动补偿装置(DCD)
4.4.5 自抗扰控制策略的仿真研究
4.5 本章小结
第5章 遥感相机姿态控制系统改进型自抗扰控制研究
5.1 引言
5.2 遥感相机姿态控制系统电流环改进型自抗扰控制
5.2.1 电流环的自抗扰控制策略模型
5.2.2 电流环改进型自抗扰控制器
5.2.2.1 电流环跟踪微分器设计
5.2.2.2 电流环改进型扩张状态观测器设计
5.2.2.3 电流环改进型非线性误差反馈控制律设计
5.2.2.4 电流环扰动补偿装置设计
5.2.3 遥感相机姿态控制系统电流环改进型自抗扰控制仿真研究
5.3 遥感相机姿态控制系统速度环改进型自抗扰控制
5.3.1 速度环的自抗扰控制策略模型
5.3.2 速度环改进型自抗扰控制器
5.3.2.1 速度环跟踪微分器设计
5.3.2.2 速度环改进型扩张状态观测器设计
5.3.2.3 速度环改进型扩张状态观测器绝对稳定性
5.3.3 遥感相机姿态控制系统速度环改进型自抗扰控制仿真研究
5.4 遥感相机姿态控制系统位置环改进型自抗扰控制
5.4.1 位置环的自抗扰控制策略模型
5.4.2 位置环改进型自抗扰控制器
5.4.2.1 位置环跟踪微分器设计
5.4.2.2 位置环跟踪微分器参数整定
5.4.2.3 位置环改进型扩张状态观测器设计
5.4.2.4 位置环改进型非线性误差反馈控制律设计
5.4.2.5 位置环扰动补偿装置
5.4.3 遥感相机姿态控制系统位置环改进型自抗扰控制仿真研究
5.5 遥感相机姿态控制系统改进型自抗扰控制实验研究
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 论文创新点
6.3 后续研究与展望
参考文献
附录1 附图目录
附录2 附表目录
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3844242
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 论文选题背景和研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 遥感相机姿态控制轴系的动平衡解耦研究现状
1.2.2 遥感相机姿态控制系统的控制机制研究现状
1.3 本文研究内容
1.3.1 遥感相机姿态控制轴系动平衡解耦机构
1.3.2 遥感相机姿态控制系统改进型自抗扰控制
1.4 论文选题及结构
1.4.1 论文选题
1.4.2 论文结构
1.5 本章小结
第2章 动平衡机械解耦机构设计与分析
2.1 引言
2.2 动平衡机械解耦机构设计
2.2.1 机构组成与工作原理
2.2.1.1 动平衡机械解耦机构的组成
2.2.1.2 动平衡机械解耦机构的工作原理
2.2.2 齿轮系设计
2.3 动平衡机械解耦机构理论验证及结果分析
2.3.1 动平衡机械解耦机构理论验证
2.3.2 动平衡机械解耦机构结果分析
2.4 动平衡机械解耦机构仿真验证及结果分析
2.4.1 动平衡机械解耦机构三维仿真模型建立
2.4.2 动平衡机械解耦机构仿真及结果分析
2.4.2.1 动平衡机械解耦机构整定角动量平衡轮的质量放大比
2.4.2.2 动平衡机械解耦机构整定增速器的增速比
2.4.2.3 动平衡解耦机械机构负载情况仿真
2.5 本章小结
第3章 遥感相机姿态控制系统建模研究
3.1 引言
3.2 遥感相机姿态控制系统组成
3.3 遥感相机姿态控制轴系的动平衡机械解耦机构模型
3.3.1 遥感相机姿态控制轴系
3.3.2 动平衡机械解耦机构模型
3.4 遥感相机姿态控制系统驱动机构(电机)建模研究
3.4.1 坐标变换原理
3.4.2 永磁同步电机数学模型
3.5 本章小结
第4章 改进型自抗扰控制策略研究
4.1 引言
4.2 从PID到ADRC
4.3 新型非线性函数研究
4.4 改进型自抗扰控制策略研究
4.4.1 跟踪微分器
4.4.1.1 关于过渡过程
4.4.1.2 跟踪微分器的算法
4.4.1.3 跟踪微分器的参数整定
4.4.1.4 跟踪微分器性能验证
4.4.2 改进型状态扩张观测器
4.4.2.1 改进型扩张状态观测器的算法
4.4.2.2 改进型扩张状态观测器的稳定性和收敛性
4.4.2.3 改进型扩张状态观测器参数整定
4.4.2.4 改进型扩张状态观测器仿真验证
4.4.3 改进型非线性状态误差反馈控制律
4.4.3.1 改进型非线性状态误差反馈控制律的算法
4.4.3.2 改进型非线性状态误差反馈控制律仿真验证
4.4.3.3 改进型非线性状态误差反馈控制律参数整定
4.4.4 扰动补偿装置(DCD)
4.4.5 自抗扰控制策略的仿真研究
4.5 本章小结
第5章 遥感相机姿态控制系统改进型自抗扰控制研究
5.1 引言
5.2 遥感相机姿态控制系统电流环改进型自抗扰控制
5.2.1 电流环的自抗扰控制策略模型
5.2.2 电流环改进型自抗扰控制器
5.2.2.1 电流环跟踪微分器设计
5.2.2.2 电流环改进型扩张状态观测器设计
5.2.2.3 电流环改进型非线性误差反馈控制律设计
5.2.2.4 电流环扰动补偿装置设计
5.2.3 遥感相机姿态控制系统电流环改进型自抗扰控制仿真研究
5.3 遥感相机姿态控制系统速度环改进型自抗扰控制
5.3.1 速度环的自抗扰控制策略模型
5.3.2 速度环改进型自抗扰控制器
5.3.2.1 速度环跟踪微分器设计
5.3.2.2 速度环改进型扩张状态观测器设计
5.3.2.3 速度环改进型扩张状态观测器绝对稳定性
5.3.3 遥感相机姿态控制系统速度环改进型自抗扰控制仿真研究
5.4 遥感相机姿态控制系统位置环改进型自抗扰控制
5.4.1 位置环的自抗扰控制策略模型
5.4.2 位置环改进型自抗扰控制器
5.4.2.1 位置环跟踪微分器设计
5.4.2.2 位置环跟踪微分器参数整定
5.4.2.3 位置环改进型扩张状态观测器设计
5.4.2.4 位置环改进型非线性误差反馈控制律设计
5.4.2.5 位置环扰动补偿装置
5.4.3 遥感相机姿态控制系统位置环改进型自抗扰控制仿真研究
5.5 遥感相机姿态控制系统改进型自抗扰控制实验研究
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 论文创新点
6.3 后续研究与展望
参考文献
附录1 附图目录
附录2 附表目录
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3844242
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