某三轴转台控制方法研究

【摘要】：三轴转台作为测试惯性器件时不可缺少的半实物仿真设备，其精度直接影响到对惯性元件等的测试结果，它是保证航空航天设备精度和性能的基础。 本文在分析了系统整体性能要求的基础上给出了转台系统的软、硬件结构图，并对电机、测角元件等硬件进行了选择。在此基础上，针对实际控制中存在的难点进行了如下几个各方面的工作。 首先由刚体绕定点转动的动力学方程和旋转投影变换等理论基础，推导了三轴转台控制系统的动力学模型。由于该模型为一个强耦合的非线性模型，而耦合作用的存在对控制系统的性能有不利的影响，因此提出了采用状态反馈和动态补偿的方法进行解耦，以方便之后控制系统设计。 然后针对提出的性能指标，实现了三个框架的控制系统设计方案。采用了速度环加位置环的双闭环控制的方案。为了加快速度环的响应速度，分别对三个框架速度环进行了校正；在位置环的控制方法研究中，分别运用了PID、模糊PID的控制方法。为了在不改变系统稳定性的同时增加系统带宽，提出了运用反馈控制加前馈控制的复合控制策略。 在阐述了PID和模糊PID控制方法局限性的基础上，提出了利用细菌觅食方法优化PID控制参数的方案。分析了该方法的原理和一般过程，在此基础上对其进行了改进，并运用在控制系统中。 最后介绍了控制中经常用到的四种摩擦模型，根据所测转台的数据给出了论文中转台的相似摩擦力模型。在论述摩擦力对转台不利影响的基础上，为了克服系统摩擦力对转台性能的影响，采用了加速度反馈控制抑制摩擦的方案。