自適應(yīng)強(qiáng)跟蹤卡爾曼濾波在陀螺穩(wěn)定平臺(tái)中的應(yīng)用.pdf

1、陀螺穩(wěn)定平臺(tái)(Gyroscope Stabilized Platform，GSP)是以慣性元件—陀螺儀為核心敏感元件，安裝在運(yùn)動(dòng)載體上，能夠隔離載體的擾動(dòng)而盡可能地保持平臺(tái)穩(wěn)定，從而保證安裝在平臺(tái)上的設(shè)備的視軸(LOS)指向穩(wěn)定的裝置，是慣性導(dǎo)航、制導(dǎo)及測(cè)量系統(tǒng)中的核心設(shè)備。由于外界環(huán)境干擾以及自身結(jié)構(gòu)誤差等原因的影響，平臺(tái)中的速率陀螺作為角速率敏感元件在測(cè)量時(shí)往往會(huì)引入漂移和噪聲，從而影響視軸穩(wěn)定精度。因而對(duì)陀螺儀的輸出信號(hào)進(jìn)行有效濾

2、波，一直是陀螺穩(wěn)定平臺(tái)要解決的一個(gè)重要任務(wù)之一。卡爾曼濾波是一種用狀態(tài)方程描述動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，采用預(yù)測(cè)加修正的形式，按照線性最小方差估計(jì)準(zhǔn)則對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)的最優(yōu)估計(jì)理論，具有實(shí)時(shí)遞推、存儲(chǔ)量小、簡(jiǎn)單易行的優(yōu)點(diǎn)。
　　本論文的主要研究工作是采用對(duì)模型不確定性具有更強(qiáng)魯棒性的自適應(yīng)強(qiáng)跟蹤卡爾曼濾波對(duì)陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的速率陀螺輸出信號(hào)進(jìn)行濾波，提升平臺(tái)速度環(huán)控制系統(tǒng)精度，所做的研究工作包含以下兩個(gè)方面:
　　1)在本工作小組已有的內(nèi)方位

3、速度環(huán)非線性摩擦力模型建模成果的基礎(chǔ)上，考慮系統(tǒng)受陀螺測(cè)量噪聲干擾的情況，采用對(duì)非線性摩擦力進(jìn)行前饋完全補(bǔ)償?shù)玫降乃俣拳h(huán)一階線性模型作為標(biāo)稱模型設(shè)計(jì)自適應(yīng)強(qiáng)跟蹤卡爾曼濾波器，完成對(duì)陀螺輸出信號(hào)濾波的任務(wù)，針對(duì)系統(tǒng)正負(fù)轉(zhuǎn)模型參數(shù)不同的情況，取濾波器標(biāo)稱模型的參數(shù)為系統(tǒng)正負(fù)轉(zhuǎn)模型參數(shù)的幾何平均值，避免了分別對(duì)正負(fù)模型分別設(shè)計(jì)濾波器而帶來的算法復(fù)雜性，同時(shí)，將標(biāo)稱模型與系統(tǒng)模型的誤差歸為是一個(gè)噪聲統(tǒng)計(jì)特性未知的虛擬過程擾動(dòng)，采用Sage-Hu

4、sa時(shí)變過程擾動(dòng)統(tǒng)計(jì)估值器對(duì)該過程擾動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，從而提升對(duì)狀態(tài)估計(jì)的精度，同時(shí)，采用強(qiáng)跟蹤濾波算法的思想引入一個(gè)自適應(yīng)因子對(duì)狀態(tài)預(yù)測(cè)方差進(jìn)行修正，強(qiáng)制輸出誤差序列不相關(guān)，從而進(jìn)一步保證濾波算法對(duì)模型不確定性的魯棒性，最后通過仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)算法的性能進(jìn)行分析和驗(yàn)證。
　　2)將所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)強(qiáng)跟蹤卡爾曼濾波器分別與速度環(huán)PI控制系統(tǒng)，以及速度環(huán)模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)相結(jié)合，并在速度環(huán)被控對(duì)象的非線性摩擦力前饋完全補(bǔ)償和補(bǔ)償