光學(xué)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)若干控制算法研究.pdf

1、三軸光學(xué)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)是CCD成像制導(dǎo)半實(shí)物仿真測(cè)試的關(guān)鍵設(shè)備。位置精度、速度精度、低速性能是三軸光學(xué)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的重要性能指標(biāo)。影響三軸光學(xué)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)精度和低速性能的因素有摩擦力矩、轉(zhuǎn)臺(tái)軸系之間的耦合、工頻干擾、噪聲干擾、機(jī)械諧振等。為了提高三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的精度和低速性能，在不增加硬件開(kāi)銷的情況下，本文從算法(軟件)角度研究三軸光學(xué)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)飼服控制、摩擦力補(bǔ)償、解耦、濾波這幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，給了相應(yīng)的解決措施。
　　三軸光學(xué)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的控制在本質(zhì)上

2、是直流飼服電機(jī)的控制，本文第二章研究了直流飼服電機(jī)的控制。直流飼服電機(jī)采用電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)三環(huán)嵌套控制。為了提高響應(yīng)速度，引進(jìn)了模糊控制算法。電流環(huán)采用PI控制，速度環(huán)采用模糊PID切換控制，在大的誤差范圍內(nèi)，采用模糊控制以提高控制的快速性，在小誤差范圍內(nèi)，采用PID控制以保證控制的精確性。位置環(huán)采用前饋+模糊PID控制。仿真表明，這種傳統(tǒng)控制算法和現(xiàn)代控制算法相結(jié)合的控制策略有效地提高了三軸光學(xué)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的響應(yīng)時(shí)間。
　　摩

3、擦力是影響三軸光學(xué)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)低速性能的主要因素，本文設(shè)計(jì)了一種復(fù)合自適應(yīng)摩擦力補(bǔ)償算法，在線辨識(shí)參數(shù)。一方面，從基于李雅普諾夫原理的自適應(yīng)理論得了一種自適應(yīng)摩擦力估計(jì)，另一方面，從基于最小二乘法原理的系統(tǒng)辨識(shí)角度，得出另一種自適應(yīng)摩擦力估計(jì)，然后把這兩種摩擦力線性組合起來(lái)，得到了一種復(fù)合摩擦力補(bǔ)償算法，理論和仿真都表明，這種復(fù)合自適應(yīng)摩擦力補(bǔ)償算法，既具有自適應(yīng)控制全局穩(wěn)定收斂的特點(diǎn)，又具有最小二乘法在線更新參數(shù)的特點(diǎn)，是一種實(shí)用有效的自

4、適應(yīng)摩擦力補(bǔ)償算法。
　　三軸光學(xué)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)各軸系之間的耦合影響了轉(zhuǎn)臺(tái)的精度，解耦是三軸光學(xué)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)控制必須要解決的問(wèn)題。本文采用基于逆系統(tǒng)的Singh法解耦，這種方法根據(jù)三軸光學(xué)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)各軸系之間的耦合數(shù)學(xué)模型，用Singh法求出其逆系統(tǒng)，再把求得的逆系統(tǒng)串接在原三軸光學(xué)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)耦合物理系統(tǒng)前面構(gòu)成偽線性系統(tǒng)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)解耦設(shè)計(jì)。逆系統(tǒng)Singh法解耦，避開(kāi)了Falb-Wolovich解耦矩陣為奇異的情況。本文給了三軸光學(xué)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)基

5、于逆系統(tǒng)Singh法解耦實(shí)例，仿真表明，只要三軸光學(xué)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的耦合數(shù)學(xué)模型足夠精確，就能夠完全消除耦合干擾。
　　工頻干擾、機(jī)械諧振、測(cè)量噪聲、高斯噪聲和高頻噪聲等都直接或間接地影響著三軸光學(xué)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的精度，針對(duì)這些干擾或噪聲，本文討論了三軸光學(xué)測(cè)試中的濾波技術(shù)。設(shè)計(jì)了自適應(yīng)陷波濾波器來(lái)消除工頻干擾和機(jī)械諧振，設(shè)計(jì)了卡爾曼濾波器來(lái)消除測(cè)量噪聲和常值干擾力矩，在卡爾曼濾波的基礎(chǔ)上，討論了加速度反饋控制。此外，還簡(jiǎn)要介紹了低通濾波等濾