[發明專利]一種基于轉臺控制的自適應復合控制方法

有效

• 申請號: 201710694493.7
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107678276B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 王勝利;胡吉昌;李亮;鐘正虎
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

一種基于轉臺控制的自適應復合控制方法，屬于高精度轉臺伺服控制技術領域，通過自適應PID控制參數和速度、加速度前饋復合控制方法，滿足了不同運動模式下控制精度和相應速度的要求，且很好地解決了不同模式切換時帶來的轉臺輸出沖擊問題，從而極大地提高了轉臺的動態控制性能。

技術領域

本發明涉及一種基于轉臺控制的自適應復合控制方法。

背景技術

高精度轉臺是一種重要的慣導標定測試和半實物仿真試驗設備，通過其可以給被測產品提供精確的位置、速率和加速度激勵，從而對被測件進行誤差系數標定、頻率響應測試，或給被測件提供模擬真實飛行軌跡的連續物理姿態。

隨著慣導技術的不斷發展，不但其位置、速率的測量精度越來越高，加速度、帶寬等動態工作性能也越來越高。因此，對測試轉臺的精度指標和動態性能的要求也越來越高。特別是對于高性能的仿真測試轉臺，加速度和雙十帶寬指標是決定控制系統半實物仿真試驗能力的關鍵因素，同時也是標志設備性能的最關鍵指標。

為滿足加速度和雙十帶寬指標要求，在仿真轉臺的控制系統設計中，高性能的控制算法和快速的伺服控制周期是關鍵要素。通過優化控制算法，可以提高轉臺的動態控制品質；通過較小伺服控制周期，可以提高動態跟蹤性精度，也可以提高系統帶寬。

目前，對于仿真轉臺的控制算法研究和應用雖然比較多，但要么是關注在各種先進的控制理論研究以解決某類特殊或復雜的問題，而難以推廣以解決普遍的工程問題；要么是直接采用工程上比較成熟的PID等控制算法，簡單實用，難以滿足高性能的控制要求。

此外，由于仿真轉臺工作在位置、速率、角振動、仿真等多種運動模式下，各運動模式要求的控制精度和響應速度不同，其控制策略和參數也不同。在轉臺連續運動過程中從一種運動模式切換到另一種模式時，由于控制參數的突變，會帶來輸出的沖擊，導致控制品質下降，甚至失控。

傳統的轉臺PID控制算法采用如下的離散公式，：

上式中u(n)代表本控制周期內控制輸出量；e(n)代表本控制周期內目標位置和反饋位置的差值；K_p、K_i和K_d代表比例、積分、微分系數，均是固定的值。

由于在動態轉臺的伺服運動控制過程中，每幀控制周期內，轉臺的目標位置和反饋位置都是動態變化的，特別是在做高頻角振動和仿真之類的復雜運動時，不同幀周期內e(n)值的變化非常大，因此固定的K_p值難以滿足快速跟蹤的動態控制要求。此外，轉臺在執行角振動、仿真等動態模式的運動時，所需要的K_p值比執行位置、速率等靜態模式的運動時要大很多。如果在運動過程中由靜態到動態運動模式切換時，在新的幀周期內直接給入切換后動態模式的很大的K_p值，會造控制輸出量的突變，對轉臺運動造成沖擊，從而導致轉臺失控。此外，對于加速度和雙十帶寬要求比較高的仿真轉臺中，單純的PID算法難以滿足要求。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足之處，提供一種基于轉臺控制的自適應復合控制方法，解決動態控制精度和模式切換帶來的輸出量沖擊問題。

本發明的方法的技術方案是：一種基于轉臺控制的自適應復合控制方法，包括下列步驟：

(1)將轉臺的運動模式分為位置、速率、角振動、仿真4種模式；通過前期讓轉臺在每種單一運動模式下連續運行，調試得到各模式下相應的控制參數；控制參數中積分系數K_i和微分系數K_d在各種運動模式下是相同的，其余控制參數在各種運動模式下不同，分別記為：