基于遺傳算法的陀螺穩(wěn)定平臺速度環(huán)的自抗擾控制.pdf

1、陀螺穩(wěn)定平臺是慣性導(dǎo)航、制導(dǎo)及測量系統(tǒng)中的核心設(shè)備，它能夠有效地隔離運(yùn)動載體的擾動從而盡可能地保持平臺穩(wěn)定，以保證搭載在平臺上的光電跟蹤設(shè)備（相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡和武器設(shè)備等）的視軸能夠精確穩(wěn)定地指向特定的目標(biāo)。陀螺穩(wěn)定平臺廣泛應(yīng)用于各種軍事和民用工程中。隨著工程應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)控制精度要求的不斷提高，傳統(tǒng)的PID控制技術(shù)已經(jīng)難以滿足對陀螺穩(wěn)定平臺越來越來高的性能要求，因此對陀螺穩(wěn)定平臺進(jìn)行新的控制方案的設(shè)計(jì)，已經(jīng)成為研究的一項(xiàng)熱點(diǎn)。
　　

2、自抗擾控制技術(shù)可以實(shí)時(shí)地估計(jì)補(bǔ)償被控系統(tǒng)內(nèi)的各種擾動，是近年來受到廣泛關(guān)注和研究的一種新型的控制策略。自抗擾控制技術(shù)具有經(jīng)典PID控制不依賴被控系統(tǒng)精確模型的優(yōu)點(diǎn)，且控制算法具有較強(qiáng)的魯棒性，在解決傳統(tǒng)PID控制無法解決的控制問題上，得到了大量的應(yīng)用研究。
　　本論文主要研究具有兩軸四框架結(jié)構(gòu)的機(jī)載光電陀螺穩(wěn)定平臺上的基于遺傳算法的自抗擾控制器的設(shè)計(jì)問題，所做的具體工作可歸納如下:
　　(1)在兩軸四框架陀螺穩(wěn)定平臺內(nèi)方位速

3、度環(huán)的非線性模型基礎(chǔ)上，將自抗擾控制技術(shù)引入陀螺穩(wěn)定平臺的控制系統(tǒng)中。在陀螺穩(wěn)定平臺內(nèi)方位速度系統(tǒng)上設(shè)計(jì)自抗擾控制器時(shí)，考慮了實(shí)際的系統(tǒng)特性以及設(shè)計(jì)簡單、工程上易于實(shí)現(xiàn)的原則，將參考信號直接引入速度環(huán)系統(tǒng)，即采用方程為1的過渡過程安排環(huán)節(jié)，反饋控制律選用工程上常用的PI反饋，而在設(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測器時(shí)通過選用線性函數(shù)的方式將其中配置非線性函數(shù)的問題轉(zhuǎn)變成配置參數(shù)的問題，大大降低了設(shè)計(jì)的難度，這為自抗擾控制在陀螺穩(wěn)定平臺上的應(yīng)用推廣提供了一

4、種良好的設(shè)計(jì)思路。
　　(2)在設(shè)計(jì)自抗擾控制器中的擴(kuò)張狀態(tài)觀測器時(shí)，采用遺傳算法進(jìn)行參數(shù)尋優(yōu)。由于自抗擾控制器的參數(shù)設(shè)計(jì)并沒有完善的理論指導(dǎo)，在工程上通常直接進(jìn)行調(diào)試的做法需要很強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性和技巧性，這里，在得到擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的穩(wěn)定性條件后，采用遺傳算法工具箱來進(jìn)行擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的參數(shù)辨識:通過調(diào)用MATLAB中集成的遺傳算法工具箱，對編寫的適應(yīng)度函數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)搜索，最終得到在不同適應(yīng)度函數(shù)下的四組不同的參數(shù)值。采用遺傳算法工具進(jìn)行

5、擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的參數(shù)辨識，效率是非常高的，在對應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)下能迅速得到參數(shù)的最優(yōu)值，這避免了根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)試的盲目性，在工程應(yīng)用上也是一種高效的策略。
　　(3)進(jìn)行仿真平臺的建立及實(shí)驗(yàn)分析。由于平臺在正常情況下都是工作在低速環(huán)境，此時(shí)非線性摩擦力矩是系統(tǒng)的主要干擾因素。在研究課題小組前期工作所建立的非線性摩擦力模型的基礎(chǔ)上，在Simulink中搭建自抗擾控制系統(tǒng)的仿真平臺。在實(shí)驗(yàn)中，對遺傳算法工具箱辨識出的四組參數(shù)下的擴(kuò)張狀態(tài)