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高频运动模拟系统的控制器设计与应用研究

李蓬  
【摘要】:基于当代军事武器的发展需要,对导弹的飞行速度和精确打击等性能要求越来越高,导弹形状设计朝着大长径比的结构发展,此时由于弹体的弹性抖动不可忽略,这对运动仿真系统的要求越来越高,本文介绍了一种可以同时跟踪大角度机动的姿态角信号和小幅值的高频抖动信号的高频运动模拟系统。 首先,确定了高频运动模拟系统的结构组成,由传统三轴转台和固定在其内环上的Stewart伺服台组成,采用复合轴控制策略,利用三轴转台跟踪大角度姿态变化,Stewart伺服台跟踪弹体高频抖动,两个系统的输出之和作为整个高频运动模拟系统的输出。 然后,分析并推导了Stewart伺服台的运动学反解、正解和动力学模型,并根据本文研究的Stewart伺服台需要绕动平台回转轴上的空间定点运动的特定运动方式,给出了适合本系统Stewart伺服台的指令解算方法。 再次,根据高频运动模拟系统结构组成、工作方式以及应用需求,分析了由于三轴转台与Stewart伺服台同时工作而产生的相互干扰的影响,以及由Stewart伺服台自身结构复杂而引入的干扰因素,并根据这些干扰因素提出了干扰观测器、陷波滤波器与干扰力前馈补偿等抑制干扰的方案,有利于高频运动模拟系统实现高精度的跟踪。 最后,针对Stewart伺服台参数变化大、外界干扰复杂以及跟踪精度要求高的特点,设计了具有快速性好、鲁棒性强、跟踪精度高的滑模控制器,并利用趋近律设计、饱和函数和干扰观测器等方法,削弱了由滑模控制引入的高频震颤。从理论角度分析了滑模控制的稳定性和跟踪精度等性能特点,分析滑模控制与基于频域设计的前馈控制之间的联系,证明了滑模控制能够有效的提高系统跟踪精度和频带宽度。设计了滑模控制器,仿真结果表明,滑模控制有利于系统实现高精度的跟踪要求。


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