非线性驱动惯性稳定控制系统及方法技术方案

技术编号:18708070 阅读:38 留言:0更新日期:2018-08-21 22:16
本发明专利技术提供了一种非线性驱动惯性稳定控制系统及方法,主要用于解决运动平台下瞄准装置的惯性稳定控制问题。本发明专利技术由稳定控制器Ks、非线性角速度补偿环节F1、惯性解耦环节g(θ,β)、加速度补偿环节F2、非线性驱动瞄准装置等构成。本发明专利技术对稳定控制器进行离线整定,将非线性驱动环节隔离到稳定控制反馈回路外;利用参数辨识和多项式逼近得到非线性补偿环节F1,并与惯性解耦环节g(θ,β)和稳定控制器Ks等实现对瞄准装置的稳定控制;进一步通过离线系统辨识对等效转动惯量和放大系数进行估计得到加速度补偿环节F2。该方法有效地解决了非线性驱动瞄准装置的惯性稳定控制问题,提高了系统的稳定控制性能。

Nonlinear drive inertial stability control system and method

The invention provides a nonlinear driving inertial stabilization control system and a method, which are mainly used for solving the inertial stabilization control problem of the aiming device under a moving platform. The invention is composed of a stabilization controller Ks, a nonlinear angular velocity compensation link F1, an inertial decoupling link g (theta, beta), an acceleration compensation link F2, a nonlinear driving and aiming device, etc. The stabilization controller is offline tuned to isolate the non-linear driving link from the stabilization control feedback loop; the nonlinear compensation link F1 is obtained by parameter identification and polynomial approximation, and the stabilization control of the aiming device is realized with the inertial decoupling link g (theta, beta) and the stabilization controller Ks, etc. The equivalent moment of inertia and amplification coefficient are estimated and the acceleration compensation link F2 is obtained. This method effectively solves the problem of inertial stabilization control of nonlinear driving sight device and improves the stability control performance of the system.

【技术实现步骤摘要】
非线性驱动惯性稳定控制系统及方法
本专利技术涉及一种非线性驱动惯性稳定控制系统,属于运动平台下瞄准装置的建模与控制

技术介绍
发射装置随运动平台在行进中发射有利于缩短系统的反应时间。行进中发射要解决发射装置的稳定瞄准问题,要求系统具备惯性稳定指向的能力。发射装置瞄准系统的特点是惯量大,系统谐振频率低,传动误差链复杂。为进行优化布局,高低方向采用电动缸驱动的发射装置被应用,经电机、减速器和丝杠构成的驱动系统具有典型的非线性特点。在传统的陀螺稳定平台中,多数系统近似为线性系统处理,通过捷联解耦可以直接得到惯性稳定控制律。在这类非线性驱动系统中,若将其作为线性系统直接应用上述方法将影响稳定控制系统的性能,着重对上述问题的影响进行分析和解决。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷,本专利技术的目的是提供一种非线性驱动惯性稳定控制系统。根据本专利技术提供的一种非线性驱动惯性稳定控制方法,包括:将实际架位(θ,β)隔离到载体坐标系下角速度反馈回路外,对实际架位(θ,β)进行离线参数辨识,利用多项式进行逼近,将得到的多项式施加到前馈补偿上;并利用加速度前馈进行稳定补偿,离线对等效惯量和驱动放大系数进行辨识;θ表示实际架位中的方位角;β表示实际架位中的俯仰角。根据本专利技术提供的一种非线性驱动惯性稳定控制系统,包括:控制模块:将实际架位(θ,β)隔离到载体坐标系下角速度反馈回路外,对实际架位(θ,β)进行离线参数辨识,利用多项式进行逼近,将得到的多项式施加到前馈补偿上;并利用加速度前馈进行稳定补偿,离线对等效惯量和驱动放大系数进行辨识;θ表示实际架位中的方位角;β表示实际架位中的俯仰角。优选地,利用驱动电机的角速度矢量进行载体坐标系下的角速度闭环,将实际架位(θ,β)的导数:即瞄准装置角速度矢量隔离到角速度反馈回路外,利用瞄准装置的角速度与驱动电机的角速度对瞄准装置的非线性驱动关系进行离线参数辨识,利用多项式进行逼近,将得到的与架位相关的多项式求逆的结果施加到前馈补偿上;并利用加速度前馈进行稳定补偿,离线对等效惯量和驱动放大系数进行辨识;表示驱动电机的角速度矢量;表示瞄准装置的角速度矢量。优选地,角速度反馈回路构成惯性稳定平台回路,角速度的反馈器由电机轴端引出,即:将非线性驱动器不包含在角速度反馈回路;对非线性补偿器F1进行离线多项式整定:进行多组试验,随机输入为经过电机输出产生的电机轴角速度和经过电动缸非线性驱动产生的负载角速度经过优化求解得到非线性补偿器F1,非线性补偿器F1的阶次不低于试验的次数;载体角速度经过惯性解耦器g(θ,β)的输出进入非线性补偿器F1产生稳定补偿分量对跟踪前馈控制器F2进行离线整定:在随机输入作用下,进入由电流控制器Ki、电机及电机驱动Md、反电动势Ce、瞄准装置在电机输出轴端的等效负载构成的闭环系统,得到电机轴角速度通过得到加速度补偿器F2,即对等效转动惯量和放大系数进行估计;稳定补偿分量进入跟踪前馈控制器F2和微分器TD,产生稳定补偿分量将理想参考角速度输入与补偿角速度相加后,再与电机输出轴角速度作差,得到的输出进入稳定控制器Ks,稳定控制器Ks的输出与补偿角加速度相加后,进入由电流控制器Ki、电机及电机驱动Md、反电动势Ce构成的闭环反馈系统,电机及电机驱动Md产生驱动力,作用于等效负载输出电机轴角速度经过对应于减速器或电动缸的非线性驱动器f(θ,β)产生负载角速度负载角速度与载体角速度通过几何约束A产生瞄准角速度Jd表示瞄准装置在输出轴端的等效转动惯量。优选地,电机轴角速度和负载角速度进入存储器M1,对非线性补偿器F1进行整定;稳定控制器Ks的输出和电机轴角速度进入存储器M2,对加速度补偿器F2进行整定。优选地,负载端角速度经过积分器产生载体坐标系下的实际架位(θ,β),载体角速度经过惯性解耦器g(θ,β)后的输出经过非线性补偿器F1产生补偿角速度经过加速度补偿器F2产生补偿角加速度与现有技术相比,本专利技术具有如下的有益效果:1、本专利技术实施简单易行,在传统控制方法的基础上容易进行改造。2、本专利技术中隔离非线性驱动器,角速度反馈器从电机输出轴引出,而非负载输出端,使稳定控制器易于进行线性化设计。3、本专利技术基于参数辨识的方法可以逼近非线性驱动器,通过开环前馈补偿对稳定控制系统进行线性化,可以提高系统的性能;4、本专利技术基于离线系统辨识的方法可以对等效转动惯量和放大系数进行估计,从而进行角加速度补偿,提高系统的稳定控制性能。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显:图1为系统控制框图。图2为非线性驱动器。图3为非线性驱动特性。图4为非线性拟合曲线。图5为非线性补偿角速度误差。图6为系统辨识加速度前馈补偿的角速度误差。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术,但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本专利技术构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术旨在克服非线性驱动瞄准装置的惯性稳定控制问题,从非线性驱动器f(θ,β)入手,该非线性驱动器f(θ,β)与载体坐标系下的实际架位(θ,β)相关,解决的途径是将非线性驱动器f(θ,β)隔离到载体坐标系下角速度反馈回路外,对非线性驱动器f(θ,β)进行离线参数辨识,利用多项式进行逼近,将得到的多项式施加到前馈补偿回路上,同时利用加速度前馈进行稳定补偿,利用离线系统辨识对等效惯量和驱动放大系数进行辨识,提高惯性稳定平台回路的性能。本专利技术的特征在于:角速度反馈回路构成惯性稳定平台回路,角速度的反馈器由电机轴端引出,即:将非线性驱动器f(θ,β)不包含在角速度反馈回路,最大限度发挥惯性稳定平台回路的性能。为实现对非线性器的开环前馈补偿,需要对非线性补偿器F1进行离线多项式整定:将稳定控制器Ks、电流控制器Ki、电机及电机驱动Md、反电动势Ce、等效负载视为“黑箱”,进行多组试验,随机输入为经过电机输出产生的电机轴角速度和经过电动缸非线性驱动产生的负载角速度经过优化求解得到F1,F1的阶次不应低于试验的次数。载体角速度经过惯性解耦器g(θ,β)的输出进入F1产生稳定补偿分量对F2进行离线整定:在一定频率的随机输入作用下,进入由电流控制器Ki、电机及电机驱动Md、反电动势Ce、等效负载构成的闭环系统,得到电机轴角速度通过系统优化辨识得到F2的倒数,即对等效转动惯量和放大系数的估计。稳定补偿分量进入F2和微分器TD,产生稳定补偿分量以某导弹发射车的发射转塔为例,进行说明,发射转塔由电机、减速器和电动缸驱动,为典型的非线性驱动二维指向瞄准机构。不失一般性,利用安装在载体上的定位定向导航设备测量车体(载体)的姿态角速度信息令ωxb表示载体的俯仰角;ωyb表示载体的横滚角;ωzb表示载体的偏航角。利用上述信息以及发射转塔的方位指向角θ、高低指向角β,进行半捷联解耦,构建数学稳定平台,经过捷联解耦后的补偿角速度为进一步,由于其高低运动由电机、减速器及电动缸进行驱动,因此高低运动为非线性传动器,传动关系与高低角相关,如图2所示。发射转塔高低轴非线性驱动特性如图3所示,由图可以看出发射装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非线性驱动惯性稳定控制方法,其特征在于,包括:将实际架位(θ,β)隔离到载体坐标系下角速度反馈回路外,对实际架位(θ,β)进行离线参数辨识,利用多项式进行逼近,将得到的多项式施加到前馈补偿上;并利用加速度前馈进行稳定补偿,离线对等效惯量和驱动放大系数进行辨识;θ表示实际架位中的方位角;β表示实际架位中的俯仰角。

【技术特征摘要】
1.一种非线性驱动惯性稳定控制方法,其特征在于,包括:将实际架位(θ,β)隔离到载体坐标系下角速度反馈回路外,对实际架位(θ,β)进行离线参数辨识,利用多项式进行逼近,将得到的多项式施加到前馈补偿上;并利用加速度前馈进行稳定补偿,离线对等效惯量和驱动放大系数进行辨识;θ表示实际架位中的方位角;β表示实际架位中的俯仰角。2.一种非线性驱动惯性稳定控制系统,其特征在于,包括:控制模块:将实际架位(θ,β)隔离到载体坐标系下角速度反馈回路外,对实际架位(θ,β)进行离线参数辨识,利用多项式进行逼近,将得到的多项式施加到前馈补偿上;并利用加速度前馈进行稳定补偿,离线对等效惯量和驱动放大系数进行辨识;θ表示实际架位中的方位角;β表示实际架位中的俯仰角。3.根据权利要求1所述的非线性驱动惯性稳定控制方法或权利要求2所述的非线性驱动惯性稳定控制系统,其特征在于,利用驱动电机的角速度矢量进行载体坐标系下的角速度闭环,将实际架位(θ,β)的导数:即瞄准装置角速度矢量隔离到角速度反馈回路外,利用瞄准装置的角速度与驱动电机的角速度对瞄准装置的非线性驱动关系进行离线参数辨识,利用多项式进行逼近,将得到的与架位相关的多项式求逆的结果施加到前馈补偿上;并利用加速度前馈进行稳定补偿,离线对等效惯量和驱动放大系数进行辨识;表示驱动电机的角速度矢量;表示瞄准装置的角速度矢量。4.根据权利要求1所述的非线性驱动惯性稳定控制方法或权利要求2所述的非线性驱动惯性稳定控制系统,其特征在于,角速度反馈回路构成惯性稳定平台回路,角速度的反馈器由电机轴端引出,即:将非线性驱动器不包含在角速度反馈回路;对非线性补偿器F1进行离线多项式整定:进行多组试验...

【专利技术属性】
技术研发人员:姜晓明李爱萍解强李佳圣谢润
申请(专利权)人:上海机电工程研究所
类型:发明
国别省市:上海,31

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