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基于自抗扰控制器的惯性平台位姿控制研究

侯伟  
【摘要】:惯性平台是一项涉及电子、机电、计算机、自控等多个学科的高新技术,在解决复杂环境下的位姿控制和空间隔离方面有着广泛的应用,对国防、航空、航天领域有着极其重要的作用,是各国争相发展的前沿技术。 本文以三轴惯性平台为研究对象,利用多刚体动力学,从能量的角度解算出了三轴平台的动力学方程。结合动力学方程认识到扰动是设计三轴惯性平台控制算法需要解决的重要问题。本文通过研究自抗扰控制算法,解决了平台扰动的问题,具体工作如下: 首先针对动力学方程中的耦合因素、以及数学模型中的不确定项和系统外部扰动等因素,提出了自抗扰的控制算法。自抗扰控制器算法就是利用跟踪微分器TD跟踪控制器输入信号,合理的提取了输入的微分信号;利用扩张状态观测器ESO对被控对象输入的比例信号和微分信号进行估计,并实时估计了系统的总扰动;最后利用非线性状态误差反馈NLSEF,采用误差信号的非线性反馈,改善控制器的闭环品质,并对控制器的输出进行了补偿,仿真表明所提控制方法能取得满意的结果。 其次为了提高自抗扰控制器的非线性跟踪能力和自适应能力,本文设计了基于准对角递归型神经网络的在线参数整定控制器。被整定参数的ζ1和ζ2类似于PID算法中的比例系数和微分系数,决定了控制器的输出信号。准对角递归型神经网络结构简单,加权连接较少,同时隐含层神经元之间的联系也保证了网络的非线性跟踪能力。利用准对角递归型神经网络的在线辨识功能,对关键参数进行在线整定,仿真验证了所设计控制器的有效性。


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