[發明專利]一種改進的基于捷聯式加速度測量的快反鏡慣性穩定控制方法

有效

• 申請號: 201710137799.2
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN106896720B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 鄧超;毛耀;李志俊;張超;任維
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種改進的基于捷聯式加速度測量的快反鏡慣性穩定控制方法，該方法利用的裝置，包括七個部件：光源(1)、CCD(2)、鏡面(3)、穩定傳感器(4)、擾動測量傳感器(5)、基座(6)和基座擾動(7)，穩定傳感器包含三閉環所需的陀螺和加速度計，安裝在穩定臺面上；擾動測量傳感器則直接安裝在基座上來敏感基座擾動，通過傳感器安裝方式和控制方法可實現光源在CCD上的視軸穩定控制，從而提高系統的跟蹤性能，本發明的控制框圖，其中包括傳統的三閉環控制，包括加速度回路、速度回路、CCD位置回路；然后是基于測量的擾動前饋回路，利用前饋控制器可直接把測量的擾動量轉換為前饋量進行補償，從而提高系統的擾動抑制能力； 前饋節點選在加速度環給定、速度控制器輸出，巧妙的利用加速度控制器對被控對象中的二次微分進行部分補償，避免了在前饋控制器中出現雙重積分導致系統飽和； 其特征在于：采用所述裝置實現前饋控制方法的具體實施步驟如下：

步驟(1)：在快反鏡穩定平臺的兩偏轉軸上分別安裝陀螺和加速度計，用以分別敏感平臺兩軸在慣性空間運動的角速度和角加速度，這里的速度和加速度的采樣頻率一般較高，用以實現高帶寬內環，在快反鏡基座與兩偏轉軸同軸的軸線上安裝擾動測量加速度計，用以直接敏感擾動量，其采樣頻率和內環采樣頻率保持一致；

步驟(2)：通過頻率響應測試儀對平臺的加速度頻率對象特性進行測試，輸入為控制器輸出值，輸出為加速度計采樣值，高采樣率可獲得較高精度的加速度對象模型G_a(s)，用于實現高帶寬加速度環；

步驟(3)：在獲取到被控對象模型G_a(s)基礎上，設計加速度控制器C_a(s)實現加速度閉環，然后設計速度控制器C_v(s)實現速度反饋閉環，最后利用圖像傳感器CCD實現位置控制器C_p(s)和位置閉環，這樣就實現了傳統的三環閉環控制，考慮到加速度對象模型中的二次微分環節，為了避免加速度控制器中出現的二次積分而導致系統飽和，加速度控制器C_a(s)設計為滯后控制器，模型參考如下：

其中，K_a為控制器增益，T_e為加速度對象模型中滯后因子，T₁為滯后補償因子，加速度閉環后，改善了被控對象特性，從而速度控制器C_v(s)和位置控制器C_p(s)可設計為PI控制器；

步驟(4)：通過頻率測試儀獲得平臺的擾動傳遞特性G_d(s)，這需要把該平臺安裝在一個擾動測試臺上，該平臺可直接獲取擾動參考量，在測試過程中穩定平臺開環，直接驅動擾動測試臺運動即可，特性的輸入為擾動加速度量，輸出為穩定平臺受到的擾動加速度量，兩者之比即是該平臺的擾動傳遞特性G_d(s)，其模型參考如下：

其中，Y₁、Y₂、Y₃、Z₁、Z₂、Z₃為二階參數，T_m為對象模型中滯后因子，通過對測量數據的擬合可得到準確模型參數；

步驟(5)：通過被控對象模型G_a(s)和平臺的擾動傳遞特性G_d(s)設計前饋補償控制器C_f(s)，把測量出的擾動量輸入到前饋補償控制器轉換為補償量，最后把前饋控制器輸出與加速度給定量做相減運算，從而實現對擾動加速度的補償，也就是擾動力矩的抵消，前饋補償控制器C_f(s)設計為如下帶低通濾波器的控制器模型：

其中，K_f為前饋控制器增益，T_f為低通濾波器濾波帶寬因子，為快反鏡自然頻率，ξ為快反鏡本身阻尼因子，當前饋補償器設計為如上模型后，整個擾動觀測補償器呈現一個微分特性，把擾動加速度進行微分為加加速度，從而在本質上實現基于擾動抑制的加加速度前饋控制，有力的提高擾動抑制能力。