【摘 要】
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机载三轴稳定平台作为集光、机、电等多种技术于一体的航空光电稳定设备,在民用、军用领域应用较为广泛。机载三轴稳定平台通常是对光电载荷的视轴进行稳定控制,使其能清晰成像来完成任务,但是稳定平台在工作过程中,会受到复杂的力矩干扰,从而影响成像质量。为了提高成像质量,本文以基于半捷联的机载三轴稳定平台为研究对象,对视轴稳定控制方式进行了研究,以提高三轴稳定平台的稳定精度。本文首先依据机载三轴稳定平台结构组
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机载三轴稳定平台作为集光、机、电等多种技术于一体的航空光电稳定设备,在民用、军用领域应用较为广泛。机载三轴稳定平台通常是对光电载荷的视轴进行稳定控制,使其能清晰成像来完成任务,但是稳定平台在工作过程中,会受到复杂的力矩干扰,从而影响成像质量。为了提高成像质量,本文以基于半捷联的机载三轴稳定平台为研究对象,对视轴稳定控制方式进行了研究,以提高三轴稳定平台的稳定精度。本文首先依据机载三轴稳定平台结构组成,建立了稳定平台的运动学、动力学和电机模型,完成了系统建模的工作,阐述了控制系统各部分的相互关系,并基于半捷联的稳定方案和直接稳定方案的特点,提出了半捷联的稳定方式。本文研究的机载三轴稳定平台采用的是无空回的钢丝绳减速机构,钢丝绳存在柔性环节,会对控制系统带来影响。为了有效补偿控制系统的扰动,建立了钢丝绳传动的模型,根据仿真结果表明了钢丝绳传动会对系统带来谐振等问题;通过实验拟合出适合的摩擦模型,仿真了摩擦特性在低速时会导致系统出现响应死区,并基于摩擦模型设计了前馈补偿算法,仿真结果表明能对摩擦扰动大幅改善。传统PID控制器无法满足稳定平台对稳定精度的要求下,设计了一种模糊PID控制器,在Matlab仿真表明模糊PID控制算法相比传统PID控制算法,系统超调量从27.3%减少到4.8%,响应时间从0.186s减少到0.107s。最后,结合系统技术指标,采用模块化设计机载三轴稳定平台控制系统,完成硬件电路搭建,并在实际稳定平台进行整体性能验证。抗干扰实验中结果表明,在钢丝绳传动模式下,半捷联的控制有效解决了直接稳定方案的带宽不足的问题,设计的模糊PID控制算法在模拟飞机环境实验下将稳定精度从1mrad提高到0.2mrad,拍出的靶标图也大幅改善了传统PID控制时的抖动现象,均满足指标要求。
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