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《南京理工大学》 2013年
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水面武器操瞄系统稳定平台姿态测量及控制技术研究

陆建山  
【摘要】:水面载体在工作过程中,容易受到风浪流的作用而产生摇摆运动。被动隔振器可以消弱载体的高频低幅振动,但对低频摇摆运动的作用不是很明显,因此文中提出使用稳定平台技术来保证安装于水面载体之上的武器操瞄系统的稳定。稳定平台是指能够使被稳定对象在外部干扰作用下相对惯性空间保持方位不变,或在指令力矩作用下能按给定规律相对惯性空间转动的装置。论文针对两轴并联式稳定平台,从误差作用机理、姿态测量以及控制策略角度出发进行研究,旨在开发一种动态及时性好、抗干扰能力强、适用于水面武器装备的稳定平台系统。 首先描述了水面武器稳定操瞄系统的总体结构,对操瞄系统和稳定平台的工作模式进行了介绍。稳定平台是一种高精度机电一体化设备,精度影响因素较多,文中对这些误差源进行了分类总结,并对其中几个影响较大、较难抑制的误差源进行了详细讨论。稳定操瞄系统中,数字磁罗盘和姿态航向参考系统(AHRS)分别被用来反馈操瞄系统和稳定平台的状态信息。磁罗盘的输出容易受到磁环境影响,文中研究了一种最小二乘法粗校、BP网络补偿法精校两步走的磁罗盘误差组合补偿方法。针对AHRS中的微机械陀螺仪,在使用Singer模型直接对陀螺信号建模的基础上,提出一种基于交互式多模型的陀螺信号处理方法。 PIOGRAM图法在表达多坐标系旋转关系时具有简单直观的特点,文章借助于PIOGRAM图得到了稳定平台各坐标系间的转换关系,并在此基础上完成了平台执行机构运动学分析及隔离扰动原理的研究。为实现平台高精度控制,建立了电流环、速度环和位置环的三环控制结构。在速度稳定环中引入了干扰观测器,研究表明经典干扰观测器可较好地抑制低频扰动,但对高频测量噪声及模型摄动的抑制效果不是很理想。针对这个问题,提出了一种改进型干扰观测器,该改进型干扰观测器主要通过在反馈通道中,引入另一信号来补偿系统输出反馈。位置跟踪环中,设计了一个基于扰动的前馈——反馈复合控制器。其中,反馈通道使用灰色预测控制以解决系统时滞环节的影响,并详细分析了灰色预测步长的临界条件,在此基础上给出了一种步长自调节的灰色预测控制方法。前馈通道中,研究了载体干扰姿态的预测方法。在对姿态序列进行混沌特性判定的基础上,使用残差GM(1,1)模型在重构相空间中研究了重构相点L1范数的演变规律,在得到范数预测值后通过反解L1范数可得出原姿态时间序列的预测值。最后,通过数值仿真和实验相结合的方式对论文提出的理论和方法进行了验证,表明所设计的平台系统是有效的、可行的。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TH745.4;TP273

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