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1、基于解耦和滑模的三軸轉(zhuǎn)臺控制方法研究欒若軒2015年1月中圖分類號：TQ028.1UDC分類號：540基于解耦和滑模的三軸轉(zhuǎn)臺控制方法研究作者姓名欒若軒學(xué)院名稱自動化學(xué)院指導(dǎo)教師陳振答辯委員會主席劉向東申請學(xué)位工學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)電氣工程學(xué)位授予單位北京理工大學(xué)論文答辯日期2015年1月Studyoncontrolmethodofthree-axisturntableservosystembasedondecouplingandslidingmodecontrolCandidateName：RuoxuanLuanSchoolorDepartment
2、:SchoolofAutomationFacultyMentor:ZhenChenChair,ThesisCommittee：XiangdongLiuDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：ElectricalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015摘要三軸轉(zhuǎn)臺是測試慣性導(dǎo)航器件的專用測試設(shè)備，其精度直接決定了慣性導(dǎo)航器件的精度，從而直接影響了各類航天器的性能，對于國家航空航天事業(yè)的發(fā)展具有極其重
3、要的意義。航空航天技術(shù)飛速發(fā)展，相應(yīng)的飛行器和裝備設(shè)備也有了更高的性能要求，因此對慣性導(dǎo)航器件的精度有了更高的要求。作為慣性導(dǎo)航器件測試設(shè)備的三軸轉(zhuǎn)臺，其精度要求高于被測器件，因此也面臨著朝高精度、大加速度方向發(fā)展的挑戰(zhàn)。在三軸轉(zhuǎn)臺進(jìn)行多軸運(yùn)動時，各軸系之間會產(chǎn)生科里奧利力和離心力，并通過作用力矩和反作用力矩相互影響，使得三軸轉(zhuǎn)臺成為具有強(qiáng)耦合性的系統(tǒng)，而這種耦合會極大增加控制難度，并影響轉(zhuǎn)臺的性能和精度。針對三軸轉(zhuǎn)臺強(qiáng)耦合的問題，本文運(yùn)用動力學(xué)有關(guān)知識建立了三軸轉(zhuǎn)臺的數(shù)學(xué)模型，求得三軸轉(zhuǎn)臺的微分方程。設(shè)計(jì)了基于反饋線性化的解耦控制律，將三軸轉(zhuǎn)
4、臺的三個軸分解為相互獨(dú)立的三個單輸入單輸出的系統(tǒng)，并利用Simulink搭建系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真，從仿真的結(jié)果可以看出，本文所設(shè)計(jì)的非線性解耦控制具有較好的效果。針對三軸轉(zhuǎn)臺運(yùn)行過程中的非周期性擾動問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于時變滑模的控制算法，以時變滑模面代替?zhèn)鹘y(tǒng)滑模面，使得系統(tǒng)狀態(tài)始終在滑模面上運(yùn)動，解決了傳統(tǒng)滑?？刂圃诘竭_(dá)階段時魯棒性較差的問題。在該控制算法中引入積分項(xiàng)，可以有效削弱抖振，使得穩(wěn)態(tài)誤差減?。徊r變滑模面分段，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度；最后，在三軸轉(zhuǎn)臺實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，將積分時變滑模控制與PID以及普通滑?？刂频膶?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比
5、。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所采用的積分時變滑?？刂扑惴軌蚋旄櫧o定信號，且具有較強(qiáng)的魯棒性。針對三軸轉(zhuǎn)臺運(yùn)行過程中的周期性擾動問題，同時考慮到系統(tǒng)中存在參數(shù)不確定和時變的特點(diǎn)，引入了參數(shù)自適應(yīng)；然后對本文所設(shè)計(jì)的參數(shù)自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制律進(jìn)行收斂性分析；并在三軸角轉(zhuǎn)臺實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的參數(shù)自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制律，與傳統(tǒng)參數(shù)固定PD型迭代學(xué)習(xí)控制律相比，使得三軸轉(zhuǎn)臺的跟蹤性能有了明顯的提升。關(guān)鍵詞：三軸轉(zhuǎn)臺；解耦；迭代學(xué)習(xí)控制；滑?？刂艻AbstractThree-axisturntableisthespecialtest
6、equipmentforinertialnavigationdevice,itsaccuracydirectlydeterminestheaccuracyofinertialnavigationdevicewhichinfluencestheperformanceofvarioustypesofspacecraft,andithasgreatimportancetothenationalaeronauticsandspacecause.Withthedevelopmentofaerospacetechnology,thedemandforthe
7、performanceoftheaircraftandweaponshasbecomehigherandhigher,sotheaccuracyoftheinertialnavigationdeviceshashigherrequirements.Thethree-axisturntable,asthetestdeviceoftheinertialnavigationdevice,requireshigherprecisionthanthedevicebeingtested;italsofacesthechallengesofhighpreci
8、sion,highacceleration.Whenmorethanoneaxisofthree-axisturntableismovingatthe
