[发明专利]一种惯性稳定平台控制系统半物理仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种惯性稳定平台控制系统的半物理仿真方法，用于克服惯性稳定平台控制系统设计过程中存在的数学仿真难以达到理想效果，实物实验成本高、周期长的缺点，适用于降低惯性稳定平台控制系统的设计成本，缩短研制周期。

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。

置信度高又方便经济的仿真方法对稳定平台控制系统的设计具有重要的意义，在传统控制理论研究中可以利用Matlab/Simulink方便的进行控制规律的设计与仿真,但是目前的Simulink仿真大多为非实时仿真，即纯数学的建模与仿真，控制系统中的硬件环节由数学模型代替，往往达不到预期的理想仿真效果。而实物实验不能对内存，接口和通信等实时参量进行评价，从而设计者必须不断对自身的设计做出调整，开发周期相对过长。半物理仿真是指在仿真实验系统的仿真回路中接入部分实物的实时仿真，从而充分利用数学仿真和实物实验的优点，使仿真具有更高的置信度，并降低成本、节约时间。惯性稳定平台半物理仿真系统能够在实验室条件下对稳定平台控制系统的性能进行有效仿真和验证，实现工程并行，缩短研制周期，降低研制费用。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有方法的不足，提出一种置信度更高、周期更短、花费更低的惯性稳定平台控制系统仿真方法。

本发明的技术解决方案是：一种惯性稳定平台控制系统半物理仿真方法，其特点包括：

1、惯性稳定平台控制系统由控制器、功率驱动电路、执行机构、受控对象和传感器组成，其中执行机构为直流力矩电机，受控对象为稳定平台。在本方法中，控制器、功率驱动电路、电流检测电路采用实物，直流力矩电机采用感性负载电路进行代替；将动力学模型、稳定平台的姿态控制律、稳定平台的转速和角位置的检测反馈环节使用相应的数学模型代替；计算机利用RTW实时仿真程序通过串口和数字信号处理器DSP实时地控制功率驱动电路的输出电压，同时将功率驱动电路输出的电流值实时采集反馈至数字模型，从而构成整个半物理仿真系统。

2、半物理仿真方法的实物部分包括控制器、功率驱动电路、电流检测电路和用来模拟直流力矩电机的感性负载电路；控制器选用TI公司的数字信号处理器TMS320F28335型DSP，TMS320F28335为32bit浮点型DSP，其工作主频达150MHz，有12路PWM输出，其中6路是高精度PWM波通道，非常适合电机控制；功率驱动电路采用H型双极模式PWM控制方式对直流力矩电机的电枢电压进行控制，H型双极模式PWM功率转换电路中的开关元件采用功率型场效应管，工作过程中同一组中的两个开关同时导通、同时截止，两组开关之间以非常高的频率交替导通和截止，通过改变一个周期内接通与断开时间的长短，即改变直流力矩电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速和方向；电流检测采用如下方法，在电枢回路中串入一个低温漂低阻值的专用采样电阻，将采样电阻两端电压连接到专用的高精度、宽共模范围、双向电流分流监视器的输入端，监视器的输出经过低通滤波和模数转换后将电流值传送到DSP。