[發(fā)明專(zhuān)利]一種抑制艦載穩(wěn)定平臺(tái)抖動(dòng)的裝置及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610608534.1
• 申請(qǐng)日: 2016-07-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107664951B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張華強(qiáng);秦秀敬;王新生
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類(lèi)號(hào): G05B17/02
• 分類(lèi)號(hào): G05B17/02
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• 代理人: 暫無(wú)信息

滑模控制下的艦載穩(wěn)定平臺(tái)控制系統(tǒng)，具有較高的精度和魯棒性，但在滑模控制中，符號(hào)函數(shù)的存在將引起輸入控制的抖動(dòng)。為了消除這種抖動(dòng)，本發(fā)明提出一種抑制艦載穩(wěn)定平臺(tái)抖動(dòng)的裝置及其控制方法，基于雙軸艦載平臺(tái)，通過(guò)在滑模面設(shè)置一個(gè)較薄的臨界層，采用兩點(diǎn)式法使控制輸出在兩臨界層之間變成連續(xù)函數(shù)，系統(tǒng)將由切換狀態(tài)轉(zhuǎn)換為連續(xù)狀態(tài)，整個(gè)控制過(guò)程中系統(tǒng)很緩慢地逼近、穿越、遠(yuǎn)離抖動(dòng)切換平面，只有到達(dá)臨界層時(shí)才會(huì)改變運(yùn)動(dòng)方向，系統(tǒng)的抖動(dòng)頻率會(huì)大大降低。該發(fā)明具有方法簡(jiǎn)單、去抖效果好、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及抑制艦載穩(wěn)定平臺(tái)滑模抖動(dòng)的領(lǐng)域，尤其是一種能在雙軸艦載穩(wěn)定平臺(tái)下通過(guò)兩點(diǎn)式方法抑制滑模抖動(dòng)的控制方法。

背景技術(shù)

在航空、航天、航海中，飛行器、船體等運(yùn)載平臺(tái)的姿態(tài)時(shí)刻變化，而測(cè)量、跟蹤等設(shè)備需要良好的穩(wěn)定姿態(tài)，因此需要一個(gè)能夠在運(yùn)動(dòng)的物體上隔離其母體運(yùn)動(dòng)，從而保持被控物體平穩(wěn)性的平臺(tái)，即穩(wěn)定平臺(tái)。目標(biāo)載體通過(guò)穩(wěn)定平臺(tái)可以保持方位或姿態(tài)在相對(duì)慣性空間中不改變，以抵抗外部擾動(dòng)。艦載穩(wěn)定平臺(tái)，可搭載可見(jiàn)光鏡頭、紅外激光照明器、激光雷達(dá)、紅外熱像儀、艦載衛(wèi)星等多種探測(cè)設(shè)備，完成海警監(jiān)察、海上搜尋、海面目標(biāo)跟蹤等功能。相對(duì)于其它穩(wěn)定平臺(tái)，艦載穩(wěn)定平臺(tái)的工作環(huán)境更惡劣，不但受到海浪和潮流的影響，還受到強(qiáng)風(fēng)、強(qiáng)鹽霧、低溫等干擾影響。隨著工業(yè)水平的發(fā)展，軍事上期望設(shè)備有更好的穩(wěn)瞄和跟蹤能力，要求艦載穩(wěn)定平臺(tái)伺服控制系統(tǒng)不僅需要較高的精度，而且需要較高的魯棒性。

傳統(tǒng)的雙軸艦載穩(wěn)定平臺(tái)當(dāng)電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，非線性的摩擦力矩導(dǎo)致電機(jī)在本應(yīng)勻速運(yùn)行的情況下出現(xiàn)“停止—快動(dòng)—停止”的現(xiàn)象，即“爬行運(yùn)動(dòng)”。爬行運(yùn)動(dòng)加大了艦載穩(wěn)定平臺(tái)的抖振，降低了艦載穩(wěn)定平臺(tái)的精度；同時(shí)，由于陀螺噪聲問(wèn)題也會(huì)導(dǎo)致艦載穩(wěn)定平臺(tái)的精度降低。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題：

解決在傳統(tǒng)雙軸艦載穩(wěn)定平臺(tái)控制系統(tǒng)中存在的“爬行運(yùn)動(dòng)”導(dǎo)致的精確度低、魯棒性差的特點(diǎn)以及使用滑模控制算法時(shí)因滑模抖動(dòng)造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象，本發(fā)明提出一種抑制艦載穩(wěn)定平臺(tái)抖動(dòng)的裝置及其控制方法，基于雙軸艦載穩(wěn)定平臺(tái)控制系統(tǒng)，使用兩點(diǎn)式方法在保證滑模控制算法原有的跟隨性和魯棒性的同時(shí)，有效的抑制了其滑模抖動(dòng)問(wèn)題。

本發(fā)明的內(nèi)容：

本發(fā)明所采用的雙軸艦載穩(wěn)定平臺(tái)裝置采用Stribeck摩擦模型對(duì)摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行測(cè)量分析，并且采用精確度以及跟隨性能更加優(yōu)良的滑模控制及兩點(diǎn)式補(bǔ)償方法進(jìn)行摩擦補(bǔ)償，滑模變結(jié)構(gòu)控制是一種非線性控制方法，它能使系統(tǒng)按照預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)達(dá)到期望點(diǎn)，具有非常好的魯棒性。但由于滑模控制切換函數(shù)、控制器輸出存在嚴(yán)重的高頻抖動(dòng)問(wèn)題，在保證艦載穩(wěn)定平臺(tái)伺服控制系統(tǒng)跟隨性和魯棒性的情況下，需要抑制滑模控制自身的抖動(dòng)問(wèn)題。

所述雙軸艦載穩(wěn)定平臺(tái)裝置包括航向軸和俯仰軸，航向軸和俯仰軸均有限位塊，航向軸可旋轉(zhuǎn)300°，俯仰軸左右限位分別為15°和30°；所述航向軸和所述俯仰軸所用電機(jī)均為有刷直流力矩電機(jī)，其型號(hào)分別為NH250LYX-M300-E60和NH186LYX-M100-E60；所述雙軸艦載穩(wěn)定平臺(tái)中采用的編碼器型號(hào)為HZ120H50-20000-G05L，脈沖數(shù)為20000PPR，四倍線后可得到最高分辨率為80000PPR。

在滑模控制中，由于符號(hào)函數(shù)的存在而引起系統(tǒng)輸入控制的抖動(dòng)。為了消除滑模自身的抖動(dòng)現(xiàn)象，提出一種抑制艦載穩(wěn)定平臺(tái)抖動(dòng)的裝置及其控制方法，在雙軸艦載穩(wěn)定平臺(tái)裝置的控制系統(tǒng)中，在滑模面附近設(shè)置一個(gè)臨界層采用兩點(diǎn)式方法控制輸出在臨界層區(qū)間段內(nèi)變成連續(xù)函數(shù)，以保證滑模函數(shù)進(jìn)入到臨界層時(shí)，所述控制系統(tǒng)將由切換狀態(tài)轉(zhuǎn)換為連續(xù)狀態(tài)，整個(gè)控制過(guò)程中所述控制系統(tǒng)緩慢地逼近、穿越、遠(yuǎn)離滑模切換平面，只有到達(dá)臨界層時(shí)才會(huì)改變運(yùn)動(dòng)方向以降低系統(tǒng)的抖動(dòng)頻率。

抑制雙軸艦載穩(wěn)定平臺(tái)裝置抖動(dòng)的控制方法，包括以下步驟：

步驟(1)基于極點(diǎn)配置法設(shè)計(jì)滑模平面，計(jì)算滑模切換函數(shù)σ(e)；