基于特征模型的飞艇载荷一体化隔振系统研究

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振动隔离是改善相机拍摄图像质量的一个基本问题,针对这个问题有多种解决办法,例如基于图像算法的软件防抖,基于摄像头的CCD、光学防抖,基于机械系统的三轴云台防抖。针对飞艇载荷,也就是在飞艇上搭载摄像机等设备时同样需要隔离振动,然而不可否然的是目前机载三轴云台系统在竖直方向上并不具备低频振动隔离功能,因此本文在此基础之上设计了一种将主被动隔振器与三轴云台系统相整合的隔振设备,为三轴云台增加了一个竖直方向上的自由度,同时为满足隔振系统的稳定性和高精度任务指标,设计了基于特征模型的全系数智能自适应控制算法,并进行了相应的验证。基于此,本文开展了一系列工作如下。(1)针对飞艇负载姿态控制与姿态振动隔离问题,本文设计的三轴云台系统具备姿态控制和振动隔离两个功能,姿态检测采取加速度计、陀螺仪等传感器,使用互补滤波方式进行姿态解算。执行机构采用了三相无刷直流电机,采用所谓矢量控制方法驱动。同时本文对三轴云台系统进行了特征建模,并建立三相无刷直流电机的数学模型,分析了三轴云台系统的三个电机的负载扰动情况,针对三轴云台控制要求,电流环采用PI控制实现电流环稳定良好的跟随特性,工程中此特性结果难以分析,采用SVPWM调制算法的电机三相电流输出是三个相位差120°的正弦波,针对此问题本文提出对电流信号进行解耦,用以分析和评估电流环的跟随性能。设计了全系数智能自适应控制器以满足位置控制的稳定性和抗干扰能力,最终实现三轴云台整体的姿态控制与振动隔离功能。(2)针对竖直方向上的振动隔离问题,本文设立了一种主动和被动隔振相结合的隔振系统,利用橡胶材质隔离高频振动信号,利用主动隔振器隔离低频振动信号,主动隔振器的执行机构是音圈电机,结合控制性能要求建立了音圈电机的控制模型,分析了音圈电机的迟滞特性对系统的影响,针对电机电流环采用PI控制器实现电流良好的跟随特性。为提高位置控制的精度和抗干扰能力,设计全系数智能自适应控制律对电机的位置进行闭环控制,试验结果显示音圈电机隔振性能与振源频率的关系,证实了主动隔振器对低频振动有明显的抑制作用。
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