三轴转台的解耦控制

• 作 者: 于洪君
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 三轴转台建模 惯量矩阵辨识 解耦算法 李雅普诺夫渐进稳定

惯性系统在导航领域占有重要的地位，广泛应用于军用民用产品中。随着对惯性器件和惯导系统的要求变得越来越苛刻，尤其是精度方面，对其测试设备-转台的要求也水涨船高。本文将以三轴转台为研究对象，对三轴转台三个框架进行建模，对轴间耦合问题进行研究，推导解耦算法和控制律，配以仿真软件对模型和解耦控制算法进行验证。首先介绍了转台的电机系统，给出了简化的模型。基于简化了的电机模型，根据三轴转台的框架结构和工作方式，利用欧拉方程，推导三轴转台三个框架的动力学方程，并推导三轴的综合状态方程。之后，根据三个框架的动力学模型推导三个框架的惯量矩阵、重心和重力的辨识算法和综合辨识算法。然后，根据三轴转台三个框架的动力学模型设计四种解耦和控制算法。其中，第一种直接根据三个框架的综合状态方程，利用非线性反馈，达到使系统解耦的效果。第二种基于李雅普诺夫函数，设计出让角加速度趋于零、角速度趋于常值。基于第二种控制律，可以通过简单修改速率反馈，任意转换系统的稳态角速度。第三种和第四种控制算法是基于前两种控制算法进行分段线性化处理而设计的，所以只对前两种控制律设计了仿真验证实例。最后，结合simulink和Solidworks软件对已经推导出的模型和设计出的解耦和控制算法进行仿真验证。首先，对建立的三个框架的动力学模型和三个框架参数的辨识算法进行了验证和分析。接着，针对第四章中设计的控制律和解耦算法进行验证。通过仿真证实所建模型的准确性、所设计的辨识算法的应用性、所设计解耦算法和控制算法的冇效性。