【摘 要】
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稳定平台是一种搭载于运动载体之上,通过采集自身位姿信号,对平台进行伺服控制,使其可以隔离载体扰动,保持其负载按照指定规律运动的机电系统,被广泛应用于军事及民用等各种领域。由于国内对于稳定平台的研究开始时间相对较晚,相关技术不够成熟,特别是在控制精度方面与国外还有一定差距,因此对于高精度稳定平台的研究意义重大。本文主要针对基于MEMS陀螺的两轴稳定平台高精度控制系统开展研究,其主要内容与成果如下所示
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稳定平台是一种搭载于运动载体之上,通过采集自身位姿信号,对平台进行伺服控制,使其可以隔离载体扰动,保持其负载按照指定规律运动的机电系统,被广泛应用于军事及民用等各种领域。由于国内对于稳定平台的研究开始时间相对较晚,相关技术不够成熟,特别是在控制精度方面与国外还有一定差距,因此对于高精度稳定平台的研究意义重大。本文主要针对基于MEMS陀螺的两轴稳定平台高精度控制系统开展研究,其主要内容与成果如下所示:首先,介绍了两轴稳定平台结构并对其性能指标进行了设计,通过运动学分析,得出平台隔离载体扰动原理,进而得到平台稳定模式与跟踪模式的工作原理,并对稳定平台控制系统进行了总体设计。而后,为改善MEMS陀螺噪声对于稳定精度的影响,提出了一种改进的Sage-Husa自适应陀螺信号滤波算法。通过使用Allan方差分析法对MEMS陀螺输出数据噪声源进行分析;采用时间序列法对经过预处理的陀螺随机漂移信号进行ARMA模型构建与参数辨识;在此基础上,分别采用卡尔曼滤波器、Sage-Husa自适应滤波器与改进的SageHusa自适应滤波器进行仿真分析,最终证明了所提出的改进Sage-Husa自适应滤波算法对于陀螺信号的滤波处理效果更佳。接着,提出了一种基于Tent混沌优化的被动式集合粒子群算法对稳定平台控制系统进行模型参数辨识。考虑到平台系统中非线性因素的影响,采用Hammerstein非线性模块化模型表征平台控制系统特性;提出了一种基于Tent混沌优化的被动式集合粒子群算法作为平台控制系统模型的参数辨识算法;通过标准测试函数的辨识实验,证明了该方法较常规粒子群算法的优越性;采用该算法分别对系统俯仰轴向以及方位轴向伺服控制系统进行了模型参数辨识。之后,研究了两轴稳定平台的控制策略,针对系统高精度、强抗扰的性能要求,提出了一种外环ADRC-内环PID的双环控制策略;为了改善ADRC调参不便的弊端,使用RBF神经网络优化ADRC中ESO参数选取过程;通过仿真实验证明了该控制策略的有效性。最后,在所选用硬件的基础上,对平台软件部分进行了具体设计,主要包括伺服控制板相关程序、光学管理板相关程序以及上位机交互界面的软件开发,之后搭建了稳定平台工程样机;通过样机实验,证明了本文上述理论研究成果的正确性。
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