三轴稳定平台的滑模变结构控制研究

发布时间：2020-09-28 19:48

　　 三轴稳定平台因具有高稳定性、高灵活性、结构简单等优点,已经被广泛应用于航天、军工、民用及商用等领域,拥有十分重要的应用价值。由于三轴稳定平台系统自身的多变量、强耦合、非线性等特点,这使得控制器的设计具有很大的挑战性,传统的线性控制方法对此系统的控制存在一定的局限性。相比于传统线性控制方法,非线性控制方法具有更好的控制性能和干扰抑制能力。因此,本文采用Terminal滑模控制方法设计了一种有限时间鲁棒滑模控制器,使得系统在有限时间内收敛且具有良好的干扰抑制能力,有效地改善了系统的动态性能和鲁棒性能。本论文主要研究三轴稳定平台系统的稳定控制和跟踪控制问题。主要的研究工作如下:(1)研究了三轴稳定平台的环架结构及各轴角速度和转动惯量的耦合关系。考虑各轴系间的摩擦扰动,引入Stribeck摩擦模型。根据哥氏转动定理,得到了三轴稳定平台完整的数学模型。(2)基于线性滑模控制方法研究了三轴稳定平台系统的稳定控制和跟踪控制问题。基于改进型趋近律,设计了一种线性滑模控制器。该控制器具有较强的抗扰动性能和鲁棒性,仿真结果验证了其有效性。(3)基于Terminal滑模控制方法研究了三轴稳定平台系统的稳定控制和跟踪控制问题。考虑到传统线性控制方法的局限性,本文基于Terminal滑模控制方法,设计了一种有限时间鲁棒滑模控制器。该控制器不仅能够保证系统状态的有限时间收敛,提高了系统的动态响应能力;并且对扰动具有良好的抑制作用,提高了系统的抗扰动性能;同时允许系统参数具有一定的不确定性,提高了系统的鲁棒性能。数值仿真结果验证了其有效性。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP273
【部分图文】：

第一章 绪论研究背景与意义近年来，稳定平台被广泛应用在现代武器装备和民用设备中，尤其是弹道导无人飞行器、自动跟踪雷达和惯性导航等系统之中[1]，涉及的行业包括航空航武器设备、休闲娱乐及智能制造等[2]-[7]，如图 1.1 所示。稳定平台是机载光电器的重要组成部分，由陀螺仪、力矩电机、姿态角传感器及光电探测器件等部件组成，主要作用是隔离载体的角运动，避免因载体在运动过程中产生的、滚动及外部干扰等原因而丢失目标，使光电探测器件能够按照既定的方式和跟踪目标[8]。当没有任何干扰力矩作用于负载的支撑轴时，稳定平台的角位相对于惯性空间）将始终保持不变。当有干扰力矩作用于负载而使其偏离原方位时，稳定平台中的陀螺将测量轴的姿态角或角速率的变化，并反馈给力机，这样力矩电机便可以产生相应的补偿力矩，从而补偿干扰力矩，最终稳载[9]。

第三章 三轴稳定平台动力学建模 第三章 三轴稳定平台动力学建模章介绍了三轴稳定平台各框架坐标系间的关系，其框架结构如图 3.章对三轴稳定平台系统中各轴角速度及转动惯量的耦合关系进行研三轴稳定平台系统的动力学建模。其次，对摩擦扰动及摩擦补偿方讨论与分析。最后，对稳定平台系统中涉及到的测量元件及执行元并给出这些元件的选型指标与规则。

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 朱明超;刘慧;张鑫;贾宏光;;惯性稳定平台自适应前馈控制[J];光学精密工程;2015年01期

2 赵威;任雪梅;;含摩擦的双电机伺服系统快速终端滑模控制[J];哈尔滨工业大学学报;2014年03期

3 杨蒲;李奇;陈冬冬;;稳定平台有限记忆模型H∞目标预测滤波算法[J];系统仿真学报;2009年13期

4 许江宁;朱涛;卞鸿巍;;航空摄影陀螺稳定平台[J];仪器仪表学报;2007年05期

5 李红光;鱼云岐;宋亚民;;最优控制在车载惯性平台稳定回路中的应用[J];应用光学;2007年03期

6 姬伟;李奇;;陀螺稳定平台视轴稳定系统自适应模糊PID控制[J];航空学报;2007年01期

7 李团结;朱超;;一种具有稳定平台可全向滚动的球形机器人设计与分析[J];西安电子科技大学学报;2006年01期

8 张昌凡,王耀南,何静,龙永红;遗传算法和神经网络融合的滑模控制系统及其在印刷机中的应用(英文)[J];控制理论与应用;2003年02期

9 庄开宇,张克勤,苏宏业,褚健;高阶非线性系统的Term inal滑模控制[J];浙江大学学报(工学版);2002年05期

10 张锦江,王常虹,陈兴林,谢升,马广程,李宏宇,冯汝鹏;三轴仿真转台的总体设计与关键技术研究[J];系统仿真学报;1999年06期

相关会议论文 前1条

1 王庆文;刘永善;;基于自适应PID控制的平台稳定系统控制器的设计和仿真[A];2003年全国系统仿真学术年会论文集[C];2003年

相关硕士学位论文 前1条

1 刘国平;机械系统中的摩擦模型及仿真[D];西安理工大学;2007年

本文编号：2829188