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题名:
运动平台ATP系统控制技术研究
作者: 刘子栋
学位类别: 博士
答辩日期: 2015-04
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 任 戈 ; 包启亮
关键词: 运动平台,光电稳定跟踪,RTW,改进的一般化内模控制,H∞混合灵敏度控制,卡尔曼滤波
学位专业: 信号与信息处理
中文摘要: 随着光电设备的不断发展以及应用需求的变化,光电设备被更多的集成在运动平台上。相比于固定基座的光电设备,集成于运动平台的光电设备面临的最为关键的问题之一是如何使得光电设备隔离载体运动对其视轴(Line of Sight, LOS)的扰动。在经典反馈控制结构中,系统的扰动抑制能力与系统跟踪性能之间存在耦合关系,高的扰动抑制比需要高的系统跟踪带宽,实际的光电稳定跟踪系统由于机械谐振、噪声等因素系统跟踪带宽不能无限制的增大。同时,在载体大幅度摇摆的过程中,其所处不同角度,轴系之间摩擦力、电缆之间的拉力与固定基座中都有很大的变化,这使得系统对象的不确定性增大,对控制系统的设计要求更为严苛。 根据陀螺稳定平台的结构以及动力学关系,利用空间坐标映射转换关系推导出两轴两框架陀螺稳定平台隔离扰动的稳定方程式,并确定了两个单自由度速率陀螺的安装方式。分析了单轴陀螺稳定跟踪控制原理,并对一维稳定转台进行了机理建模、扰动传递特性、电流环特性的分析,最后提出采用实验建模与机理建模相结合的方式建立陀螺稳定平台被控对象的数学模型,为之后的控制方法的研究奠定了基础。 将基于模型的设计理念引入到光电稳定跟踪系统中,并利用MATLAB中的RTW模块与PC/104构成了代码自动生成环境,能够将构建的Simulink模型直接编译生成C代码并自动下载至目标PC/104中执行。在一维稳定转台、光电吊舱上分别搭建了基于RTW代码自动生成环境,并进行了相关的试验验证。
提出了改进的一般化内模控制结构,分析了其鲁棒稳定性的必要条件。在经典控制结构中跟踪带宽与扰动抑制比之间存在耦合问题,即为得到更高的扰动抑制比需要增加系统跟踪带宽。分析了一般化内模控制结构的产生过程、特点,并给出了内回路设计控制器的一种简单、实用的方法,能够在不影响系统跟踪带宽的前提下将系统对扰动的抑制能力由I型提升为II型,扰动抑制静态误差由零型提升为II型。并进行了数字仿真分析,在基于RTW代码自动生成的光电吊舱俯仰轴实验平台上进行验证,在0.1Hz处,改进的GIMC控制方法扰动抑制比为-71dB,PI控制方法扰动抑制比为-55dB,扰动抑制比提升了16dB。
提出了基于GIMC的H∞混合灵敏度控制方法,将H∞混合灵敏度控制理论与改进的一般化内模控制结构相结合,能够在不影响系统跟踪性能的前提下提高系统鲁棒性与扰动抑制比。在0.1Hz处,基于GIMC的H∞混合灵敏度控制方法的扰动抑制比为-78dB,由其外回路PI控制器构成的经典反馈控制系统的扰动抑制比为-38dB,提高了40dB。 针对在本文提出的控制方法验证的试验中系统噪声影响较大的问题,对系统噪声信号进行滤波处理。分析了系统中噪声的来源,进行了多组对比试验,表明俯仰轴驱动电路部分对系统的噪声贡献最大。在对系统静态与动态时的噪声信号处理时,分别建立了以AR模型及系统被控对象模型为基础的卡尔曼滤波器,并与低通滤波器处理结果、系统扰动抑制比的理论分析结果对比,表明了卡尔曼滤波方法的有效性。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/3007
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运动平台ATP系统控制技术研究_刘子栋_最终.pdf(2648KB)学位论文--限制开放View 联系获取全文

作者单位: 中国科学院光电所

Recommended Citation:
刘子栋. 运动平台ATP系统控制技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015.
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