[发明专利]一种陀螺稳定座架的非线性滑模变结构控制方法

说明书

本发明属于一种滑模变结构控制方法，特别涉及一种陀螺稳定座架的非线性滑模变结构控制方法；首先建立非线性滑模变结构控制求解SMVSC控制器方程；其次利用SMVSC控制器方程采集速率陀螺、倾角传感器、光电码盘信息，SMVSC输出的控制量经功率放大器进行放大后驱动直流力矩电机，再经减速器减速后输出转矩传送到俯仰、方为或滚动框架上，抵消俯仰、方为或滚动框架上干扰力矩，使俯仰、方为或滚动框架始终保持与水平面平行；对SMVSC控制器方程在MATLAB中进行仿真调试，直到陀螺稳定座架的俯仰通道的稳定精度满足设定要求。本发明利用SMVSC控制器校正各通道的速度回路、位置回路，提高了陀螺稳定座架的稳定控制精度、动态可靠性，抑制了回路的非线性因素的干扰。

技术领域

本发明属于一种滑模变结构控制方法，特别涉及一种陀螺稳定座架的非线性滑模变结构控制方法。

背景技术

陀螺稳定座架是为航空测绘相机设计的三轴稳定安装平台，其主要作用是隔离载机低频摇摆，保持航空测绘相机平稳，从而克服气流和其它干扰因素等对航空摄影的影响，提高航拍质量和效率。陀螺稳定座架中非线性因素多，负载可变范围大，稳定控制性能要求高，采用传统的控制方法无法有效解决以上问题。

因此需要提出一种陀螺稳定座架的非线性滑模变结构控制方法，提高陀螺稳定座架的稳定控制精度。

发明内容

本发明的目的是提出一种陀螺稳定座架的非线性滑模变结构控制方法，提高陀螺稳定座架的稳定控制精度和抑制非线性因素的能力，满足陀螺稳定座架的应用需要。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种陀螺稳定座架的非线性滑模变结构控制方法，对三轴陀螺稳定座架的方位通道、俯仰通道和滚动通道进行独立控制；陀螺稳定座架的俯仰通道非线性滑模变结构控制步骤如下：

步骤一、选择切换函数，建立非线性滑模变结构控制求解SMVSC控制器方程；

首先建立陀螺稳定座架的输出角位置及输出角速度构成的向量的方程：

式中：x₁与φ表述含义相同；x₂与表述含义相同；φ是陀螺稳定座架的输出角位置，单位：rad；是陀螺稳定座架输出角速度，单位：rad/s；

由公式(1)得到：

式中：是x₁的微分；x₂与相同；是x₂的微分；C_m是力矩电机在额定励磁下的转矩系数，单位N·m/A；J是折算到电机轴上的总转动惯量，单位kg·m²；i是减速器的减速比；u是非线性滑模变结构控制器输出量，单位V；M_f是陀螺稳定座架控制系统的外部干扰力矩，单位N·m；是陀螺稳定座架控制系统的干扰角加速度，单位是rad/s²；

将公式(2)转化为矩阵表达：

式中：是向量的微分；x与φ表述含义相同；u是非线性滑模变结构控制器输出量，单位，V；M_f是陀螺稳定座架控制系统的外部干扰力矩，单位N·m；是陀螺稳定座架控制系统的干扰角加速度，单位是rad/s²；

将方程(3)离散化：