基于摩擦补偿和自抗扰的惯导测试转台复合控制

发布时间：2021-01-01 15:32

　　惯导测试转台轴系间的非线性摩擦力矩会降低系统的角分辨率和重复精度,系统运行过程中的模型参数变化会严重影响系统的跟踪精度,针对该问题提出一种基于摩擦补偿和自抗扰控制的复合控制方案。首先建立测试转台的数学模型,采用LS算法辨识Stribeck摩擦模型,将其作为前馈补偿加入控制中,以减小摩擦对测试转台的影响。为了降低对摩擦的过补偿、欠补偿和系统模型失配等其他干扰的影响,进一步设计了测试转台的自抗扰控制器,利用跟踪微分器对系统的参考输出进行轨迹规划,应用扩张状态观测器对系统的输出进行状态和扰动估计,通过非线性状态误差反馈控制律对系统广义误差进行控制。仿真和实验结果表明,该复合控制方案可提高测试转台伺服控制单元的抗干扰性能和鲁棒性,取得较好的控制效果。 

【文章来源】：航空兵器. 2020年04期 北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

基于摩擦模型的前馈补偿控制算法示意图

为了便于分析, 将cdθ(t)/dt视为系统未知扰动的一部分, 转矩方程简化为 θ ¨ =D(t)+c 0 i , 其中 D(t)= -(F f - F ^ f )/J+(c-c 0 )i,c 0 是对c的估计, 过补偿、 欠补偿以及由于c0估计误差所造成的扰动都可通过D(t)反映, 故本文设计的控制系统结构如图3所示。测试转台伺服单元自抗扰控制器的跟踪微分器为

惯导测试转台实验系统如图4所示。 最外围的“U形+O形”两个轴系为惯导测试转台, 内部两个O形轴系用于安装被测惯性器件。 根据测试要求, 外围的“U形+O形”两个轴系可以分别提供方位和俯仰两个方向的摇摆信号, 用于模拟载体运行姿态。 惯导测试转台实验系统主要由伺服控制模块、 驱动模块、 运动信号测量模块和人机交互显示模块构成。 以U形方位摇摆轴为例, 综合考虑轴系的转动惯量(含负载)和直流力矩电机所需要的加速度, 选择了J160LYX105型直流力矩电机, 电机参数见表2。首先计算方位摇摆轴的转动惯量, 采用新一代机械设计CAD系统Solid Edge 6.0对其进行建模, 方位摇摆轴系主要包含如下零部件: 方位轴主轴、 方位轴轴承、 方位轴力矩电机转子、 方位轴测速机转子、 方位轴旋转编码器转子和方位轴光电盘、 外部U形框架、 内部O形框架(包括安装在O形框架里面的被测试对象), 经计算可以得到方位摇摆轴转动惯量为8.65 kg·m2; 电机的力矩系数Km=Tfd/Ifd(Tfd为电机的峰值堵转转矩; Ifd为电机的峰值堵转电流), 由表2得Km = 2.4 N ·m/A。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自抗扰滑模理论的倾转旋翼飞行器非线性姿态控制研究[J]. 潘震,池程芝,张竞凯,李铁颖.  航空兵器. 2018(06)
[2]基于模型的舵机非线性因素补偿控制研究[J]. 王婷,张昆峰,武飞.  航空兵器. 2018(02)
[3]基于最小二乘法的三相锁相环PI参数优化[J]. 张华军,苏义鑫,张丹红,郑之远.  华中科技大学学报(自然科学版). 2017(09)
[4]激光干涉系统在飞行模拟转台校准中的应用[J]. 马菊,崔健铭.  航空兵器. 2014(06)
[5]基于递推最小二乘法与模型参考自适应法的鼠笼式异步电机转子电阻在线辨识方法[J]. 赵海森,杜中兰,刘晓芳,王庆.  中国电机工程学报. 2014(30)
[6]基于陀螺全站仪的三轴惯性测试转台寻北方案及实验[J]. 孙伟,初婧,李瑞豹.  仪器仪表学报. 2014(07)
[7]带有惯性敏感元件的新型陀螺测试转台系统控制器设计[J]. 杨亚非,张翔.  中国惯性技术学报. 2014(01)
[8]基于惯量辨识的测试转台自适应内模控制[J]. 朱海荣,李奇,顾菊平,方仕雄.  控制理论与应用. 2013(02)
[9]线性自抗扰控制器的稳定性研究[J]. 陈增强,孙明玮,杨瑞光.  自动化学报. 2013(05)
[10]摩擦对稳定平台稳定精度影响的研究[J]. 王仁臻,赵嫔娅,陈艺.  航空兵器. 2012(03)



本文编号：2951542