[发明专利]一种无编码传感两轴惯性稳定平台的高精度控制方法

说明书

本发明公开了一种无编码传感两轴惯性稳定平台的高精度控制方法。该方法通过建立两轴惯性稳定平台的状态空间模型，根据由内框上安装的俯仰和偏航角速率陀螺仪得到的惯性角速率信息，构建不确定性估计器，对平台中因交叉耦合力矩产生的不确定性进行重构，将得到的估计值与反馈线性化控制算法结合，设计复合控制器，使得在无需编码器测量内外框之间相对角度的情况下，内框上光学仪器的视轴仍可相对惯性空间保持稳定。该发明消除了惯性稳定平台在伺服运动过程中，轴系间交叉耦合效应对视轴稳定控制的影响，降低了系统软、硬件设计成本，提高了系统的控制精度。

技术领域

本发明涉及一种无编码传感两轴惯性稳定平台的高精度控制方法，属于惯性稳定平台高精度控制技术领域。

背景技术

光电跟踪系统是集光学、电气、机械、控制于一体的装置，被广泛地应用在军事和民用领域，当系统处于稳定模式时，要求搭载的光学仪器的视轴能相对惯性空间保持稳定。两轴惯性稳定平台能有效地隔离载体运动等扰动对光学仪器的视轴的影响，使其可以相对惯性空间保持稳定。

两轴惯性稳定平台具有强耦合、非线性、多源扰动等控制难点。载体运动通过框架耦合到外框和内框，进而干扰光学仪器的视轴相对惯性空间保持稳定；内框相对外框的运动改变内框和外框间的相对角度，使内框折合到外框的转动惯量发生改变，影响外框力矩电机的控制效果；外框的运动也会耦合到内框，增加了内框的控制难度。除了轴系间的交叉耦合力矩，两轴惯性平台还存在未建模动态等扰动。为了对平台进行高精度的控制，需要在内框上安装角速率陀螺仪以及在内框和外框之间安装编码器，通过获取传感器信息，对内、外框之间由相对运动产生的动态进行补偿。然而，在内框和外框之间安装编码器，不仅增加了平台的硬件成本，还降低了平台的容错性。

在现有无编码传感控制方法中，通常利用安装在内框的俯仰角速率陀螺和偏航角速率陀螺的反馈信息，对两轴惯性稳定平台进行PID控制。PID控制结构简单，鲁棒性强，提高了平台运行的容错性并且降低平台的硬件成本。但是，当系统中存在的载体扰动较大和未建模动态明显时，PID控制方法的控制效果比较差，不能实现高精度控制。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种无编码传感两轴惯性稳定平台的高精度控制方法，该方法通过构建不确定性估计器，并与反馈线性化算法结合，设计一种复合控制器，实现两轴惯性稳定平台搭载的光学仪器的视轴相对惯性空间保持高精度稳定，其具体技术方案如下：

一种无编码传感两轴惯性稳定平台的高精度控制方法，包括如下步骤：

步骤1，通过在内框上安装俯仰角速率陀螺仪和偏航角速率陀螺仪，分别获得内框的俯仰角速率f_i和偏航角速率p_i；

步骤2，选定内框的俯仰角速率、偏航角速率分别为状态变量x₁、x₂，采用牛顿-欧拉动力学方程，建立考虑轴系交叉耦合力矩的两轴惯性稳定平台状态空间模型其中，x表示状态向量，u表示输入向量，Δ表示由交叉耦合力矩和未建模动态产生的不确定性向量，A表示系统矩阵，B表示输入矩阵；

步骤3，根据步骤2建立的两轴惯性稳定平台状态空间模型，构建不确定性估计器对模型中不确定性进行重构，得到不确定性向量Δ的估计值

步骤4，根据步骤3得到的估计值结合步骤1获得的f_i和p_i，基于反馈线性化算法设计复合控制器λ表示控制器参数。

所述步骤2中的状态空间模型中的x、u、Δ分别表示为：

其中，u₁和u₂分别表示内框力矩电机和外框力矩电机的控制量，Δ₁和Δ₂分别表示状态空间模型中x₁和x₂微分方程中的不确定性。