陀螺控制器混合灵敏度H∞控制在平台稳定回路上的应用

  本文在考虑到系统建模中的不确定性和负载扰动,通过实验证明所提出的H∞鲁棒控制策略具有良好的动静态性能。方位稳定回路没有耦合放大器和伺服分解器两个环节。其中Md为力矩电机扭转力矩,一般稳定回路由惯性平台、三环框架、安装在平台上的陀螺仪、力矩电机、坐标变换器和控制电路组成。:惯性平台稳定回路的控制普遍采用双闭环PID控制策略。图1 由横滚稳定回路和俯仰稳定回路组成,通过选取适当的权函数并求解Riccati方程得到控制器参数。

  电流环反馈能够自动调节力矩电机的驱动电流,大大减小载体角运动和干扰力矩引起的力矩电机输出力

  PID 控制器是控制系统中最常使用的一种控制器,具有结构简单、调整方便、稳定性好及工作可靠等优点。PID 控制主要依靠被控系统的输出值与目标值之间的偏差和实际经验来实现系统的控制。平台稳定回路通常采取双闭环控制,即电流环PI 控制、位置环PID 控制,控制框图如图2 所示。

  将控制器设计问题转化为H∞鲁棒控制标准型问题,具体组成如图1 所示,基于数学模型,Mf为稳定回路外部干扰力矩。最后。

  三轴惯性平台具有三条伺服回路通道,其原理基本相同。当某一干扰力矩M f 作用在平台台体框架轴上时,平台将相对惯性空间产生转动,液浮陀螺敏感到此偏转角度后,输入相应的调宽信号,经过放大器放大后反馈到控制装置,由控制装置产生控制信号作用在稳定电机上,稳定电机产生相反方向的修正力矩,带着平台向着原来偏离的反方向运动,使平台与惯性空间的夹角逐渐减小到0,最终使平台相对于惯性空间保持稳定。

  如今,随着网络信息技术的迅猛发展,以及人们对力学、电学等理工学科研究的不断深入,惯性导航技术也在随之发生着日新月异的变化。在惯性导航系统中,控制技术起着至关重要的作用,目前平台式惯导控制大多采用经典频域控制设计方法。随着控制技术的发展,鲁棒控制理论也得到了极大的发展,它对于控制对象存在不确定性和结构摄动有更好的控制效果。本文采用鲁棒H∞控制对平台稳定回路进行控制,通过选择适当的权函数将平台稳定回路控制问题转化为H∞ 混合灵敏度问题,运用混合灵敏度优化设计出了一个满足性能要求的控制器,并通过特殊的双线性变换方法,解决了平台稳定回路原系统对象模型有位于虚轴极点这一病态问题。最后,通过仿真验证了控制器的可行性。

  作者:杨峰,江泽,同昭豫,刘鑫(中国航天科技集团16所,西安 710100)

  图2 为方位稳定回路控制框图,其中,θ ′ 为稳定回路输入角度,θ 为陀螺输出角,k1 为桥式功率放大系数,k2 为传感器、前置放大、相敏解调和低通滤波放大系数、τ g 为陀螺时间常数、kg 为陀螺传递系数、τ e 为电机时间常数, J 为平台转动惯量。不考虑校正装置,稳定回路的开环传递函数为

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