基于動(dòng)平衡解耦和改進(jìn)型自抗擾控制的遙感相機(jī)姿態(tài)高精度控制研究.pdf

1、具備快速、精準(zhǔn)掃描功能的遙感相機(jī)廣泛地應(yīng)用于軍事偵查、精準(zhǔn)打擊、主動(dòng)搜索、野外救援、氣流觀測(cè)、氣象預(yù)報(bào)等領(lǐng)域。由于遙感相機(jī)工作在失重環(huán)境下，微小的擾動(dòng)有可能帶來(lái)極大的負(fù)面影響，因此對(duì)遙感相機(jī)姿態(tài)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)提出更高的要求。由于遙感相機(jī)姿態(tài)控制軸系間的運(yùn)動(dòng)耦合影響以及控制策略的低速控制性能和位置定位精度的欠缺，目前的遙感相機(jī)姿態(tài)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)依然有待提升。
　　為了改善遙感相機(jī)姿態(tài)控制系統(tǒng)的控制精度，實(shí)現(xiàn)遙感相機(jī)的精準(zhǔn)定位

2、掃描，本文開(kāi)展了基于改進(jìn)型自抗擾控制策略和動(dòng)平衡機(jī)械機(jī)構(gòu)解耦協(xié)同作用的遙感相機(jī)姿態(tài)高精度控制系統(tǒng)研究。首先建立了遙感相機(jī)姿態(tài)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，包括:動(dòng)平衡機(jī)械解耦機(jī)構(gòu)的模型，系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（永磁同步電機(jī)）的電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)數(shù)學(xué)模型。其次設(shè)計(jì)了遙感相機(jī)姿態(tài)控制系統(tǒng)的動(dòng)平衡機(jī)械解耦機(jī)構(gòu)。該機(jī)械機(jī)構(gòu)中，電機(jī)定子的反向扭矩通過(guò)增速器逐級(jí)傳遞，反向驅(qū)動(dòng)角動(dòng)量平衡輪獲得與電機(jī)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)遙感相機(jī)主軸的角動(dòng)量方向相反、量值相等的反向角動(dòng)量，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)

3、內(nèi)部角動(dòng)量平衡，完成軸系間運(yùn)動(dòng)耦合的解耦。然后研究了改進(jìn)型自抗擾控制策略。該控制策略因?yàn)椴捎昧舜罅康姆蔷€性函數(shù)，是一種非線性控制策略。通過(guò)仿真和計(jì)算，研究設(shè)計(jì)了一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)切換的新型非線性函數(shù)，基于該函數(shù)對(duì)傳統(tǒng)自抗擾控制器的核心組成部分:擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和非線性狀態(tài)誤差反饋控制律進(jìn)行了改進(jìn)。同時(shí)設(shè)計(jì)了跟蹤微分器和擾動(dòng)補(bǔ)償裝置，進(jìn)而設(shè)計(jì)了改進(jìn)型自抗擾控制策略。在改進(jìn)型自抗擾控制策略中，跟蹤微分器用來(lái)安排過(guò)渡過(guò)程，跟蹤系統(tǒng)的狀態(tài)及狀態(tài)的各

4、階微分，克服超調(diào)和快速的矛盾，提供優(yōu)質(zhì)輸入;改進(jìn)型擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，用來(lái)觀測(cè)控制系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)和由非線性因素、模型不確定性和外部擾動(dòng)等組成的一個(gè)擴(kuò)張狀態(tài)，改善系統(tǒng)可控性;非線性狀態(tài)誤差反饋控制律，用來(lái)抑制殘余誤差，提供最優(yōu)控制量;擾動(dòng)補(bǔ)償裝置，用來(lái)線性補(bǔ)償總擾動(dòng)、轉(zhuǎn)換系統(tǒng)為積分串聯(lián)型。對(duì)改進(jìn)型自抗擾控制策略進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明改進(jìn)型自抗擾控制策略比傳統(tǒng)自抗擾控制策略和傳統(tǒng)PI控制具備更好的跟蹤能力、更快的響應(yīng)速度、更小的超調(diào)。最后本文

5、設(shè)計(jì)了基于改進(jìn)型自抗擾控制策略和動(dòng)平衡機(jī)械機(jī)構(gòu)解耦協(xié)同作用的遙感相機(jī)姿態(tài)控制系統(tǒng)。主要內(nèi)容包括遙感相機(jī)姿態(tài)控制系統(tǒng)的電流環(huán)改進(jìn)型自抗擾控制器、速度環(huán)改進(jìn)型自抗擾控制器和位置環(huán)改進(jìn)型自抗擾控制器，并分別進(jìn)行了仿真驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。由于動(dòng)平衡機(jī)械機(jī)構(gòu)消除了遙感相機(jī)姿態(tài)控制軸系間的運(yùn)動(dòng)耦合，改進(jìn)型自抗擾控制策略不依賴于被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，實(shí)時(shí)估計(jì)并補(bǔ)償了各類擾動(dòng)，不僅控制了系統(tǒng)的狀態(tài)，也控制了狀態(tài)的各階微分，實(shí)現(xiàn)了高性能控制。因此，仿真結(jié)果和實(shí)