[发明专利]基于二型模糊控制的航空惯性稳定平台摩擦补偿方法

说明书

本发明公开的一种基于二型模糊控制的航空惯性稳定平台摩擦补偿方法，首先，根据航空惯性稳定平台的机械结构，分析得到平台机械结构摩擦主要来源；其次，采用电流、速率、位置三环控制的逻辑，构造航空惯性稳定平台的三环控制系统；抑制系统多种扰动，补偿摩擦干扰力矩；第三，建立二型模糊控制系统，利用二维模糊器对精确值的输入进行处理得到模糊输入集，然后通过推理机结合设置的规则库、数据库得到模糊输出集，最后利用降型器和解模糊器得到最后的降维集和精确值的输出，实现非线性摩擦扰动补偿。在满足设计的要求同时增强系统应对不确定性干扰的能力和鲁棒性，实现摩擦扰动高精度补偿，提高惯性稳定平台的控制精度。

技术领域

本发明属于航空稳定平台设计技术领域，具体涉及一种基于二型模糊控制的航空惯性稳定平台摩擦补偿方法，可以增强系统应对不确定性干扰的能力和增强系统的鲁棒性。用于消除或抑制系统扰动，对航空遥感系统高精度成像具有重大意义，适用于大、中、小型稳定平台系统的扰动抑制。

背景技术

高分辨率航空遥感系统是以飞机(空基)和飞艇(临近空间)等飞行器为观测平台，已成为当今世界高速发展和激烈竞争的技术领域。机载航空遥感系统具有分辨率高、机动灵活、实时性好等优点，是航空遥感系统的重要组成部分。由于气流和载体颠簸等的影响，相机视轴抖动厉害，在缺乏稳定平台的情况下，为了获取高清晰度图片，飞机需多次飞行，采用拼图方式获得高清晰度图片这大大增加人力成本；此时需要高精度惯性稳定平台隔离外界扰动，使相机视轴保持稳定。航空遥感系统的高精度实时运动成像要求平台维持理想运动且姿态平稳，这对平台运动提出了严峻的挑战。对于航空平台，受外部气流扰动与内部发动机振动等影响会形成复杂多模态非理想运动，从成像原理上，不论是合成孔径成像、扫描成像、凝视成像，还是干涉成像，航空平台非理想运动都将导致成像模糊、散焦、变形、像素混叠而出现严重降质，甚至无法成像。为获得高分辨率图像，必须研究平台运动误差实时精确估计理论与方法，通过运动误差补偿提高成像精度。

1965年，Zadeh教授采用隶属度函数将传统集合元素将传统集合进行模糊化处理，提出了一型模糊集合理论。1975年，Zadeh教授提出二型模糊集合理论，相比之前的一型模糊集合理论，二型模糊主要是对集合中隶属度进行模糊化，并且能够表征多重不确定性情况，具有更深刻的模糊特性。模糊性作为一种不确定性的表现普遍存在与人类思维和语言交流过程中，但人脑具有善于判断和处理模糊现象的能力，方便解决现实社会中的模糊问题。如果机器可以像人脑一样也具备模糊问题处理能力，则能使机器能更好的应对复杂的情况。

二型模糊属于一种非线性的映射关系，其主要依赖专家知识建立规则库及输入输出相应的关系，并采用相关逻辑运算(与运算、并运算)得到模糊化输出，然后通过降型和精确化得到最后输出。二型模糊器、二型模糊推理机、规则库、降型和解模糊化五部分共同组成二型模糊控制系统。

目前，关于摩擦补偿研究的已有专利主要包括两类，第一类是主要针对传统PID控制算法进行摩擦模型的建立，然后进行估计补偿，如中国专利“一种适用于飞机主动侧杆系统位置控制的摩擦补偿方法”(CN201810492409.8)，包括公开了一种适用于飞机主动侧杆系统位置控制的摩擦补偿方法，飞机主动侧杆中存在的摩擦因素导致了随动控制下位置跟随不精确，主动侧杆跟随性能下降，采用传统PID控制算法难以解决此问题。为提高系统的稳态跟踪精度同时兼顾动态响应过程，实现飞机主动侧杆系统的高精度控制，通过实验辨识摩擦模型，对系统进行摩擦补偿,提高系统的位置跟踪精度。不仅适用于飞机主动侧杆系统中，还可应用到防空武器随动系统、导弹导引头伺服系统等场合。第二类主要是建立观测器进行摩擦参数的预估，如中国专利“一种气动位置伺服系统自适应反演摩擦补偿控制方法”(CN201810099223.6)，提出一种气动位置伺服系统自适应摩擦补偿控制方法，该方法综合分析气动位置伺服系统中摩擦力的非线性及不确定性并结合LuGre摩擦模型，之后在LuGre摩擦部分参数不确定的情况下，采用双观测器预估摩擦力状态因子，对气动位置伺服系统进行摩擦补偿控制。改善了起步阶段的动态滞后现象，减少了低速工况下爬行及高速工况下的粘滑振荡现象，提高了系统的响应速度及跟踪精度。