舰载稳定平台伺服控制与扰动抑制技术研究

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在舰船航行过程中,受海浪等因素影响,舰载武器会产生俯仰、横滚等方向上的运动,这将影响舰载武器的精确打击性能。通常将舰载武器安装在舰载稳定平台上以保持相对惯性空间水平。传统的稳定平台控制策略,如PID控制,都采取滞后调节方式,即通过测得当前姿态角来产生相应控制量,进而调节平台水平。这种调节方式适合单次扰动,然而海浪扰动是实时变化的,加之机电系统的时滞环节存在,传统滞后调节策略必然存在响应速度慢、稳定精度低等缺点。如何抑制海浪干扰、提高动态稳定精度成为舰载稳定平台技术的关键问题。本文以舰载武器稳定平台为研究对象,围绕舰载稳定平台伺服控制及扰动抑制技术展开研究。首先进行系统硬件选型,设计了系统方案。接着在进行了坐标变换的基础上,分析了主动稳定原理。分析机械结构,为控制系统设计提供依据。建立了基于随机海浪理论的海浪模型,为海浪扰动预测建立基础。设计了一种基于GRU网络的海浪波倾角预测方法,并根据RMSE和MAPE两种指标与BPNN、RNN、LSTM的预测效果进行对比。仿真结果表明,GRU网络在海浪波倾角预测上拥有更好的精度。建立交流永磁伺服电机模型,设计了三环控制系统并完成参数整定。为较好抑制扰动、提高稳定精度,在位置跟踪环中设计了一种基于扰动预测的前馈-反馈复合控制器。在前馈通道中实现超前控制;反馈通道保证系统在不出现超调的前提下快速响应。最后,通过数值仿真分析和实验研究相结合的方式对所设计控制方法进行验证。研究结果表明,在选择了合适预测步数的前提下,基于扰动预测的前馈-反馈复合控制方法能够有效抑制扰动,提高稳定精度。
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