基于滑模变结构的陀螺稳定平台非线性解耦控制
杨 蒲,李 奇
(东南大学自动化研究所 南京 210096)
摘 要:为了消除陀螺稳定平台系统中各框架间的非线性耦合影响,设计了一种滑模非线性解耦控制算法。分析了高精度三轴陀螺稳定平台框架间的非线性耦合特性,建立了系统的动力学模型。利用非线性微分几何方法对系统进行了输入输出解耦控制设计,结合模型跟踪滑模变结构控制方法消除了系统解耦控制中的非线性扰动因素。针对滑模控制中的抖动问题,设计了带有边界层的积分滑模控制器,有效减弱了控制器的抖振现象,提高了系统解耦精度。在某型号电视导引头稳定平台系统中测试表明了该解耦控制方法的有效性和可行性。同PID方法和不带边界层的滑模控制方法相比较,该解耦方法的解耦效果明显优于其他两种方法。
关键词:稳定平台;解耦;滑模控制
中图分类号:TP273 文献标识码:A 国家标准学科分类代码:510
1 引 言
电视导引头陀螺稳定伺服平台通常由3个框架构成,当系统处于工作状态时,将会存在一种不确定的非线性耦合[1],这是由于3个框架的空间相对位置发生变化所产生的陀螺力矩作用以及各框架的转动惯量变化造成的。当速度和加速度较大时,各框架之间的耦合就比较严重,若不采取有效的解耦补偿措施将很难保证系统的精度和动态跟踪性能,严重时还会影响到系统的稳定性。
所以在进行稳定平台控制系统设计时,必须考虑3个框架之间的动力学耦合问题,采用有效的解耦控制方法,才能保证系统输出精确的跟踪目标输入信号,从而提高稳定平台的控制精度和动态性能。由于稳定平台系统模型
5 结 论
三轴陀螺稳定平台各框架间的非线性耦合直接影响到系统的控制精度,因此要满足导引头高精度跟踪性能要求,必须在稳定平台系统中采用解耦控制。本文详细分析了三轴陀螺稳定平台系统中的非线性耦合特征,采用非线性微分几何和模型跟踪变结构控制方法实现了系统的输入输出解耦控制。在某型号导引头陀螺稳定平台系统实验中表明,该方法可以有效消除各框架间的耦合,提高系统的跟踪精度。
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