三轴飞行仿真转台控制系统设计与控制算法研究

【摘要】：惯性系统在航空、航天和航海领域中占有举足轻重的地位。随着惯性元件和惯性系统精度的不断提高,对其测试设备的要求也越来越高。本文以某实际工程项目为依托,主要对项目中的惯性系统测试设备——三轴飞行仿真转台控制系统和控制算法的几个问题进行了研究,并在实际应用中进行了验证。 首先根据三轴飞行仿真转台结构推导出了三轴转台转动惯量方程和动力学方程,并确定了PWM控制的电机转动力矩方程,从而推导出了三轴转台控制对象的数学模型。利用逆系统理论证明了三轴转台数学模型的可解耦性,并采用状态反馈和动态补偿的方法,将三轴转台数学模型转化为三个单输入单输出线性系统,从而实现对转台模型的解耦。 为了满足三轴转台高精度、快响应、宽调速和超低速的要求,设计了速度环和位置环双闭环的全数字化控制系统。同时采用经典控制理论和现代控制理论相结合的控制方法对控制系统进行校正和补偿。在速度环和位置环中均采用了二阶线性校正,同时还采用了其它控制方法。为了满足系统定位快速性要求,设计了非线性量化模糊控制器;针对横滚轴的扰动力矩问题,采用模型参考自适应控制给予补偿;为了满足系统对低速度的要求,采用了双极模式PWM控制,并针对其设计了低功率损耗的功率转换电路。 最后,将理论设计和研究的结果应用在三轴飞行仿真转台上,结果表明这些设计和算法是有效的、可行的,各项指标均达到或超过了系统的技术要求。目前,此三轴飞行仿真转台已经通过检验并交付用户使用。