一种基于广义内模的三轴惯性稳定平台偏心力矩补偿方法。该方法通过建立三轴惯性稳定平台控制系统状态空间方程，根据速率陀螺实时测量出的平台角速率信息和电流传感器实时测量出的电流信息，将参考输入和偏心力矩的共同不稳定模型植入系统内部，通过广义内模控制算法达到无静差跟踪控制的目的，内模控制器包括伺服补偿器和镇定补偿器。该发明专利技术提高了扰动抑制能力，实现了无静差跟踪，具有较强的鲁棒性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于高分辨率航空对地观测系统领域，可用于稳定精度要求高的三轴惯性稳定平台无静差跟踪控制，特别适合于轻小型高分辨率航空遥感三轴惯性稳定平台。
技术介绍
惯性稳定平台是实现高分辨率对地观测的必要设备，它可以有效隔离飞行平台的扰动及非理想姿态运动，使观测载荷视轴指向和航向始终保持惯性空间稳定。目前，国外代表性产品为瑞士 Leica公司的PAV30和PAV80，而国内相关研究刚刚起步，无成熟产品。理想情况下不受干扰力矩的影响，稳定平台始终保持惯性空间稳定，但是由于实际加工误差、配重不均等因素，平台的质心和框架轴心不同心，存在一定的偏心距，所以在重力加速度和运动干扰加速度的作用下，平台的运动会受到偏心力矩的影响，从而影响其稳定精度等性能指标；质量、偏心距和运动干扰加速度越大，偏心力矩越大，稳定精度越差， 所以必须采取措施抑制偏心力矩的作用。对于惯性稳定平台偏心力矩的补偿方法，目前已经申请了一篇专利“一种航空遥感惯性稳定平台不平衡力矩估计与补偿方法”(申请号 200910241242. 9)，该方法通过安装在平台上的MEMS加速度计测量出天向加速度和运动干扰加速度，采用低通滤波法对电流信息进行滤波，将偏心力矩估计出来，并采用前馈方法进行补偿，在一定程度上可以抑制偏心力矩的作用，但是存在以下三方面的不足第一、对于三轴惯性稳定平台而言，采用此方法需要在各个框架分别安装三个MEMS加速度计，平台体积质量都相应加大，不利于其轻小型结构设计；第二、MEMS加速度计的零偏稳定性和重复性都较差，测量值含有较大噪声，在前馈补偿时引入未知的扰动因素；第三、对于平台实时控制系统而言，Butterworth低通滤波器较难实现，同时低通滤波性会影响扰动抑制能力。 所以，综上所述，该方法物理上较难实现，这直接限制了在实际工作中的应用能力。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术通过增加测量元件来实现偏心力矩的估计和补偿的缺陷，提供一种可以在原有系统组件的基础上通过设计控制器来补偿偏心力矩的方法，不增加体积质量，而且简单、可靠。本专利技术的技术解决方案为，实现步骤如下(1)采用安装在三轴惯性稳定平台框架轴上的速率陀螺测量出三轴惯性稳定平台的角速率信息《。ut，所述角速率信息包含了电机控制力矩和偏心力矩同时作用下三轴惯性稳定平台的角速率信息；(2)将步骤⑴中得到的角速率信息《。ut与角速率设定值Cosrt作差，得到角速率误差 e = Qset-COout ；(3)将步骤(2)中得到的角速率误差e带入到伺服补偿器中去，得到伺服补偿器控制量伺服补偿器的状态空间方程为夂=AeXe+Bee，控制量化=Kexe，其中K为伺服补偿器系统矩阵，Be为伺服补偿器控制输入矩阵，Ke为伺服补偿器状态反馈矩阵，xe为伺服补偿器状态变量，Ue为伺服补偿器控制量；(4)采用串联在电机回路中的电流传感器测量出安装在三轴惯性稳定平台框架上的力矩电机的电流信息i。ut，同时结合步骤(1)中得到的角速率信息《_带入到镇定补偿器中去，得到镇定补偿器控制量u2 = Kx，x= ‘，其中K为镇定补偿器状态反馈矩阵，U2为镇定补偿器控制量；(5)将步骤(3)中得到的伺服补偿器控制量Ue与步骤(5)中得到的镇定补偿器控制量U2作差，得到广义内模控制算法控制量U = Ue-U2 ；(6)将步骤(5)中得到的广义内模控制算法控制量u带入到在参考输入r和偏心力矩Td作用下的原速率开环系统(如附附图说明图1中的原速率开环系统)中去，实现偏心力矩的补偿，最终实现系统的无静差跟踪。原速率开环系统即三轴惯性稳定平台速率开环系统，它的输入为广义内模控制量u，输出为角速率《。ut，设原速率开环系统的状态空间方程为\x = Ax +Bu+ BdTdy = Cx+ Du+ DdTd；其中，χ为原速率开环系统的状态变量，X= ‘ ；A为原速率开环系统的系统矩阵；B为原速率开环系统的控制输入矩阵；~原速率开环系统的偏心力矩输入矩阵；Td为偏心力矩；y 为原速率开环系统的输出变量，y= 。ut ；C为原速率开环系统的输出矩阵；D为原速率开环系统的传输矩阵；Dd为原速率开环系统的偏心力矩输出矩阵；u为控制输入；所述步骤(3)中的伺服补偿器系统矩阵Ae、伺服补偿器控制输入矩阵Be、伺服补偿器状态反馈矩阵Ke和镇定补偿器的状态反馈矩阵K具体得到步骤如下(31)首先确定参考输入和偏心力矩Td模型的共同不稳定模型，得到参考输入ω set和偏心力矩Td两个不稳定模型的最小公倍式Φ (s) = S1+ α hS1—1+…+ α ^1+ α 0, 参考输入和偏心力矩Td模型已知，则系数α。 Ciw均为已知量；1为Φ⑷的最高次项，s为频域符号，％ α η为Φ (s)的各次项系数。(32)由Φ (S)的系数α Q α κ确定出分块系数矩阵Γ w和β w， 0 [0.Γ/*/ =0I1'β!η =；其中，1为Φ (s)的最高次项，α 0 α κ为φ (s)的Qi0 Q1 … c^l-I1各次项系数，I1-!为1-1阶单位阵； (33)由步骤(32)得到的分块系数矩阵β 1#1，得到伺服补偿器状态空间方程的系数矩阵Ae和控制输入矩阵礼，其中，式=ΓinΓin,B。=βι*\βι*\，这样就得到伺服补偿器的状态空间方程夂=Axe+Bee ；伺服补偿器状态反馈矩阵Ke和镇定补偿器的状态反馈矩阵K ；(34)将步骤(33)得到的伺服补偿器状态空间方程与原速率开环系统状态空间方程进行组合，得到最终串联系统的状态空间方程权利要求1.，其特征在于实现步骤如下(1)采用安装在三轴惯性稳定平台框架轴上的速率陀螺测量出三轴惯性稳定平台的角速率信息ω。ut，所述角速率信息包含了电机控制力矩和偏心力矩同时作用下三轴惯性稳定平台的角速率信息；(2)将步骤(1)中得到的角速率信息ω_与角速率设定值Cosrt作差，得到角速率误差2.根据权利要求1所述的基于广义内模的三轴惯性稳定平台偏心力矩补偿方法，其特征在于所述步骤⑶中的伺服补偿器系统矩阵Ae、伺服补偿器控制输入矩阵Be、伺服补偿器状态反馈矩阵Ke和镇定补偿器的状态反馈矩阵K具体得到步骤如下(31)首先确定参考输入和偏心力矩Td模型的共同不稳定模型，得到参考输入 ω srt和偏心力矩Td两个不稳定模型的最小公倍式Φ (s) = ska乂+α。，参考输入coset和偏心力矩Td模型已知，则系数α ^ α η均为已知量；1为φ (s)的最高次项， s为频域符号，α Q α η为Φ (s)的各次项系数；(32)由Φ(S)的系数％ CIh确定出分块系数矩阵和β 1#1，全文摘要。该方法通过建立三轴惯性稳定平台控制系统状态空间方程，根据速率陀螺实时测量出的平台角速率信息和电流传感器实时测量出的电流信息，将参考输入和偏心力矩的共同不稳定模型植入系统内部，通过广义内模控制算法达到无静差跟踪控制的目的，内模控制器包括伺服补偿器和镇定补偿器。该专利技术提高了扰动抑制能力，实现了无静差跟踪，具有较强的鲁棒性能。文档编号G05D13/62GK102508503SQ201110339618公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日专利技术者房建成, 李树胜, 赵岩, 本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：钟麦英，李树胜，房建成，赵岩，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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