基于复合定频扰动补偿控制的速率稳定方法技术

本发明专利技术属于自动控制技术领域，具体涉及一种基于复合定频扰动补偿控制的速率稳定方法，其以现有光电稳瞄系统为基础，在传统速率稳定回路中额外增加一个复合定频补偿控制器，一方面利用扰动观测器提高低频扰动隔离能力，另一方面利用定频补偿控制器在定频点的高增益特点，增强速率稳定回路在该定频点的隔离度，从而有效抑制中低频段扰动对瞄准线的影响，提升控制系统的综合稳定精度。本方法采用软件实现，无需增加额外硬件，具有算法简单，可操作性强的优点。强的优点。强的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于复合定频扰动补偿控制的速率稳定方法


[0001]本专利技术属于自动控制
，具体涉及一种基于复合定频扰动补偿控制的速率稳定方法，尤其涉及一种直升机载光电稳瞄系统对载机旋翼引起的定频扰动的补偿方法。

技术介绍

[0002]为实现对地面区域的图像侦察，直升机常搭载一些光电设备用于对地面目标的观察，但由于受到载机振动、姿态变化和外界风阻等扰动的影响，光电设备中的光电传感器的成像质量会剧烈下降，从而严重影响侦察任务，因此需要采用一种万向架结构形式的陀螺稳定平台来隔离各种外部扰动，保持光电传感器的瞄准线在惯性空间的稳定，进而保证光电传感器的图像清晰。光电稳瞄系统即是用于实现瞄准线稳定以及对目标的搜索、瞄准、跟踪等功能的设备。
[0003]光电稳瞄系统一般主要由光电传感器、两轴万向架平台、速率陀螺、电机和电子控制单元组成。光电传感器和速率陀螺同轴安装于两轴万向架平台上，其工作原理是：当外部扰动作用于光电稳瞄系统时，安装于万向架平台上的速率陀螺敏感并测量光电传感器的瞄准线在惯性空间的角速度，与速度命令形成误差信号，误差信号经过速度稳定控制回路生成控制电压，通过驱动器驱动电机，带动稳定平台反向转动，从而消除速度误差，进而保证瞄准线在惯性空间的稳定。
[0004]传统速率稳定回路原理框图如图1所示，u
i
作为速率稳定回路的输入控制命令与陀螺6敏感到的平台角速率信号，通过第一加法结1产生速度误差Δe并形成闭环负反馈，Δe经过速度控制器2生成驱动电压u
v
，并送给电机及驱动3形成驱动力矩T
m
，它与外部扰动力矩T
d
通过第二加法结4作用于负载5上，最后产生负载的实际输出角速率的ω0。为获得良好的扰动隔离能力，速度控制器2一般被设计为两级积分和一级超前控制器的组合，通过合理调试传统速率稳定回路闭环控制系统的带宽不小于20hz，稳定回路开环传递函数在1hz处的增益大于40dB。
[0005]对直升机载光电稳瞄系统而言，外界的扰动主要来源于载机的旋翼和尾桨引起的振动，而该振动主要由低幅值宽带随机振动和高幅值定频周期振动组成，其中以中频(15
‑
25Hz)定频周期扰动幅值最大。传统光电稳瞄系统通过陀螺稳定平台伺服控制系统能够隔离大部分的低频扰动，但对载机中频扰动的隔离能力较弱，当载机中频振动量值较大时，光电稳瞄系统依然无法获得良好的外部扰动隔离能力。
[0006]对于该问题，未见国外光电稳瞄系统文献有专门针对直升机定频扰动抑制方法的报道，国内专利号为[201418005217.2]的专利《一种抑制机载光电稳瞄系统定频扰动的控制方法》提出了一种在速率稳定控制器中串联定频扰动补偿控制器的方法来实现定频扰动的补偿，通过合理调整控制器，该方法一般能够获得较为理想的定频扰动隔离效果，但由于该方法将定频补偿控制器串联于速率稳定控制回路前向通道中，且定频补偿控制器为多个二阶振荡环节的串联，这对原系统闭环控制回路的稳定性有较大的影响，定频补偿的效果也受到很大限制。需要抑制的定频扰动频点越多，对原系统闭环控制回路的稳定性的影响
越大。

技术实现思路

[0007](一)要解决的技术问题
[0008]本专利技术要解决的技术问题是：针对直升机振动对光电稳瞄系统瞄准线稳定性能的影响，如何提供一种能够有效提高直升机扰动隔离能力的方法，尤其是对定频扰动有效隔离的方法。
[0009](二)技术方案
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于复合定频扰动补偿控制的速率稳定方法，所述基于复合定频补偿控制的速率稳定方法在实施过程中，所依托的速率稳定回路包括：第一加法结1、速度控制器2、电机及驱动3、第二加法结4、负载平台5、陀螺6、复合定频补偿控制器7；其中，所述复合定频补偿控制器7中还包括：前向控制回路的第一定频补偿控制器9及反馈通道的扰动观测控制器8；
[0011]其中，所述第一定频补偿控制器9用于接收来自速度控制器2输出的第一输出命令u
v
，经过计算输出得到第一控制命令u
c
；
[0012]所述扰动观测控制器8用于获得来自电机及驱动3的采样电流i
m
，生成电压命令u
f
，同时，所述扰动观测控制器8还用于获得陀螺6的平台运动角速度信号u
g
，并对所述平台运动角速度信号u
g
经过定频补偿和微分滤波后生成电压命令u
df
；所述电压命令u
f
与电压命令u
df
在扰动观测控制器8内合并处理后生成估计扰动电压，即第二控制命令u
d
；
[0013]在一个伺服控制周期内，所述基于复合定频补偿控制的速率稳定方法包括以下步骤：
[0014]第一步，获取速率稳定回路的输入命令u
i
和陀螺6反馈的平台运动角速度信号u
g
，通过第一加法结1产生速度误差信号Δe，将Δe输入到速度控制器2，得到第一输出命令u
v
；
[0015]第二步，所述第一输出命令u
v
作为第一定频补偿控制器9的输入命令，经过第一定频补偿控制器9的计算得到第一控制命令u
c
；
[0016]第三步，所述电机及驱动3的采样电流i
m
和陀螺6反馈的平台运动角速度信号u
g
作为扰动观测控制器8的输入，经过扰动观测控制器8的计算得到第二控制命令u
d
；
[0017]第四步，所述第一定频补偿控制器9的第一控制命令u
c
和所述扰动观测控制器8的第二控制命令u
d
经过第三加法结运算取差得到命令Δe
c
，Δe
c
作为输入控制命令输出给电机及驱动3；
[0018]第五步，所述电机及驱动3根据输入控制命令Δe
c
，形成驱动力矩T
m
，驱动力矩T
m
与外部扰动力矩T
d
通过第二加法结4作用于负载平台5上，最后产生负载平台5的实际输出角速率ω0；
[0019]在每个速率稳定回路的周期中运行第一步到第五步，即可完成基于复合定频补偿控制的速率稳定。
[0020]其中，所述第二步中，所述第一定频补偿控制器9的计算为：
[0021]u
v
·
G1(s)＝u
c
；
[0022]其中，G1(s)为第一定频补偿控制器9的函数形式。
[0023]其中，所述第一定频补偿控制器9由多个二阶振荡环节串联组成，其函数形式如下
所示：
[0024][0025]式中，n为需要补偿的定频扰动的数量；ω
i
为第i个所要抑制的定频扰动的频率；k
i
为第一定频补偿控制器9对应第i个要补偿的定频扰动的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复合定频扰动补偿控制的速率稳定方法，其特征在于，所述基于复合定频补偿控制的速率稳定方法在实施过程中，所依托的速率稳定回路包括：第一加法结(1)、速度控制器(2)、电机及驱动(3)、第二加法结(4)、负载平台(5)、陀螺(6)、复合定频补偿控制器(7)；其中，所述复合定频补偿控制器(7)中还包括：前向控制回路的第一定频补偿控制器(9)及反馈通道的扰动观测控制器(8)；其中，所述第一定频补偿控制器(9)用于接收来自速度控制器(2)输出的第一输出命令u
v
，经过计算输出得到第一控制命令u
c
；所述扰动观测控制器(8)用于获得来自电机及驱动(3)的采样电流i
m
，生成电压命令u
f
，同时，所述扰动观测控制器(8)还用于获得陀螺(6)的平台运动角速度信号u
g
，并对所述平台运动角速度信号u
g
经过定频补偿和微分滤波后生成电压命令u
df
；所述电压命令u
f
与电压命令u
df
在扰动观测控制器(8)内合并处理后生成估计扰动电压，即第二控制命令u
d
；在一个伺服控制周期内，所述基于复合定频补偿控制的速率稳定方法包括以下步骤：第一步，获取速率稳定回路的输入命令u
i
和陀螺(6)反馈的平台运动角速度信号u
g
，通过第一加法结(1)产生速度误差信号Δe，将Δe输入到速度控制器(2)，得到第一输出命令u
v
；第二步，所述第一输出命令u
v
作为第一定频补偿控制器(9)的输入命令，经过第一定频补偿控制器(9)的计算得到第一控制命令u
c
；第三步，所述电机及驱动(3)的采样电流i
m
和陀螺(6)反馈的平台运动角速度信号u
g
作为扰动观测控制器(8)的输入，经过扰动观测控制器(8)的计算得到第二控制命令u
d
；第四步，所述第一定频补偿控制器(9)的第一控制命令u
c
和所述扰动观测控制器(8)的第二控制命令u
d
经过第三加法结运算取差得到命令Δe
c
，Δe
c
作为输入控制命令输出给电机及驱动(3)；第五步，所述电机及驱动(3)根据输入控制命令Δe
c
，形成驱动力矩T
m
，驱动力矩T
m
与外部扰动力矩T
d
通过第二加法结(4)作用于负载平台(5)上，最后产生负载平台(5)的实际输出角速率ω0；在每个速率稳定回路的周期中运行第一步到第五步，即可完成基于复合定频补偿控制的速率稳定。2.如权利要求1所述的基于复合定频扰动补偿控制的速率稳定方法，其特征在于，所述第二步中，所述第一定频补偿控制器(9)的计算为：u
v
·
G1(s)＝u
c
；其中，G1(s)为第一定频补偿控制器(9)的函数形式。3.如权利要求2所述的基于复合定频扰动补偿控制的速率稳定方法，其特征在于，所述第一定频补偿控制器(9)由多个二阶振荡环节串联组成，其函数形式如下所示：式中，n为需要补偿的定频扰动的数量；ω
i
为第i个所要抑制的定频扰动的频率；k
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张慧，吴玉敬，李超，刘长亮，杨洁，胥青青，赵创社，刘能歌，董典，
申请(专利权)人：西安应用光学研究所，
类型：发明
国别省市：