[发明专利]一种惯性稳定平台不平衡扰动的抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种惯性稳定平台不平衡扰动的抑制方法，用于抑制惯性稳定平台系统中存在的不平衡扰动，不平衡扰动建模误差以及系统中存在的其它扰动，适用于惯性稳定平台对不平衡扰动的抑制。

背景技术

高分辨率对地观测系统广泛应用于军事侦察、基础测绘、灾害监测等领域。要实现理想的对地观测，要求摄像载荷能够保持稳定，但是在实际情况下，由于大气紊流和自身扰动等因素的影响，摄像载荷难以保持理想的稳定状态，使得视轴失稳，导致成像质量的下降，分辨率降低。为提高成像质量，可将惯性稳定平台安装于飞行器和遥感载荷之间，利用惯性稳定平台有效隔离载体的扰动及非理想姿态运动。同时平台可为遥感载荷提供稳定的水平姿态基准，显著提高遥感载荷的成像质量，并且可以保证遥感载荷在成像时的航向稳定，提高航空遥感系统的作用效率，而这就对惯性稳定平台的精度指标提出较高要求。

影响惯性稳定平台稳定精度的因素有很多，包括不平衡扰动、基座角运动、框架耦合、摩擦等。其中，不平衡扰动是惯性稳定平台的主要扰动之一，会严重影响惯性稳定平台的稳定精度，常规的PID控制器往往参数整定不良，性能欠佳，难以满足惯性稳定平台高精度的控制要求；而且反馈控制是基于误差的控制，只能在扰动进入并影响系统之后才起作用，在补偿方面存在一定的延迟，对扰动的抑制作用有限。因此研究不平衡扰动的抑制方法，对于提高惯性稳定平台的整体性能具有重大的意义。采用前馈+干扰观测器的控制方法，前馈控制可以在不平衡扰动对系统产生影响之前，对其进行补偿，针对前馈控制难以补偿的不平衡扰动建模误差以及平台系统中存在的其它扰动，采用干扰观测器进行补偿，这种控制策略综合考虑了前馈控制和扰动观测器的优点，可以大幅降低不平衡扰动对惯性稳定平台系统性能的影响。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种稳态精度更高、适应能力更强、性能更好的惯性稳定平台不平衡扰动抑制方法。

本发明的技术解决方案是：一种惯性稳定平台不平衡扰动的抑制方法，其特点包括：

(1)经典PID控制下，不平衡扰动会严重影响惯性稳定平台的稳定性能，基于已建立的不平衡扰动模型，设计了一种不平衡扰动的前馈控制方法。前馈控制器将不平衡扰动前馈到电流环控制回路中，使得力矩电机产生与不平衡扰动大小相等，方向相反的力矩，进而消除或者降低不平衡扰动对平台系统性能的影响。在前馈控制器的设计中，考虑到电流环的带宽远远高于速率环，因此在前馈控制器的设计过程中将电流环简化为比例环节，从而简化前馈控制器的设计，将前馈控制器设置为比例环节其中K为电机的转矩系数，N为传动比。

(2)前馈控制可以有效抑制已建模扰动的影响，但是其难以抑制不平衡扰动建模过程中存在的建模误差，以及惯性稳定平台系统中存在的其它扰动对惯性稳定平台性能的影响，而扰动观测器可以观测到惯性稳定平台系统中存在的所有扰动，实现对平台系统中存在的扰动的全补偿，使得这些扰动作用下平台误差角输出稳态值降低。由于惯性稳定平台系统中电流环带宽远大于速率环，可以将电流环看作比例环节，因此被控对象可以表示为K为电机力矩系数，N为传动比，J为平台转动惯量。G₀(s)为真有理分式，平台的标称模型的逆往往难以实现，引入的低通滤波器Q(s)要使得成为真有理分式。因此扰动观测器设计的关键是低通滤波器的设计，而相对阶次是低通滤波器的主要参数。因为低通滤波器的相对阶次应该大于或者等于被控对象的相对阶次，而平台被控对象的相对阶次为一阶，所以低通滤波器Q(s)的相对阶次也应至少为一阶；又因为低通滤波器的相对阶次越大，系统算法计算量越大，鲁棒性也越差，所以低通滤波器的相对阶次不能太大。综合考虑以上两点，可以设计低通滤波器的相对阶次等于平台被控对象的阶次，即通过标称模型估计出惯性稳定平台受到的不平衡扰动，同时利用低通滤波器抑制高频噪声，将观测到的不平衡扰动反馈到平台系统中，实现对不平衡扰动的抑制。