【摘要】：在災(zāi)害預(yù)警、城市監(jiān)控、野外搜救、精準農(nóng)業(yè)等多個領(lǐng)域,機載光電平臺在對預(yù)定目標進行捕獲、跟蹤、瞄準、測量、定位等多個方面具有極為廣泛的應(yīng)用。但隨著現(xiàn)代機載光電平臺精度日趨提高,框架間線繞、摩擦等內(nèi)部擾動以及載體晃動、風阻等外界擾動組成的復(fù)雜多源擾動對平臺光軸指向和穩(wěn)定精度的影響日益凸顯。如何解決機載光電平臺復(fù)雜內(nèi)部、外部多源干擾和控制對象模型及參數(shù)不確定性等因素對平臺光軸指向和穩(wěn)定精度的影響,是實現(xiàn)機載光電平臺高性能魯棒控制的關(guān)鍵。為了進一步提高機載光電平臺光軸指向和穩(wěn)定精度,抑制平臺復(fù)雜多源擾動,有必要研究抑制和補償機載光電平臺內(nèi)外多源干擾、參數(shù)及模型不確定性的魯棒控制算法,并研究面向機載光電平臺二級穩(wěn)定的壓電陶瓷驅(qū)動器控制,從整體上提升機載光電平臺光軸指向及穩(wěn)定精度。本文從實現(xiàn)機載光電平臺高性能魯棒控制性能出發(fā),以機載光電平臺擾動模型為基礎(chǔ),干擾抑制理論分析為依據(jù),實驗驗證為手段,對機載光電平臺的高性能擾動補償及抑制技術(shù)、壓電陶瓷驅(qū)動器的二級穩(wěn)定驅(qū)動控制技術(shù)進行較為深入地研究。全文的主要研究內(nèi)容及成果如下:(1)分析了機載光電平臺運動模型及復(fù)雜多源擾動特點。解析兩框架機載光電平臺擾動特點及耦合關(guān)系,分析結(jié)果對機載光電平臺模型的理解及控制方法的設(shè)計具有理論指導(dǎo)意義。針對緊湊型機載光電平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計特點,從物理機理出發(fā)分析其線束擾動特征,建立緊湊型機載光電平臺擾動數(shù)學(xué)模型,并采用自適應(yīng)差分進化算法對擾動模型參數(shù)進行辨識和優(yōu)化,為基于模型的干擾前饋補償方法提供理論依據(jù)。(2)分析了基于干擾觀測器的控制方法和自抗擾方法在干擾估計與補償方面設(shè)計原理。在頻域上,在一個統(tǒng)一的框架下分析了兩種方法基于描述函數(shù)的干擾估計與抑制的相似性。根據(jù)自抗擾方法非線性擾動抑制的特點,對傳統(tǒng)干擾觀測器進行了再設(shè)計,提出了有限時間干擾觀測器方法,并討論了這種方法的李雅普諾夫穩(wěn)定性。(3)針對緊湊型機載光電平臺復(fù)雜多源干擾特點,分析了傳感器噪聲對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,采用無相位滯后的多傳感器融合方法提高系統(tǒng)反饋信號信噪比。提出面向緊湊型機載光電平臺的精細分層抗干擾方法。內(nèi)層采用基于含線繞模型的可建模擾動逆模型補償和有限時間干擾觀測方法估計并補償平臺復(fù)雜多源擾動,外層采用非奇異終端滑模方法對擾動進行抑制并進一步提高平臺控制性能,實現(xiàn)緊湊型機載光電平臺高性能魯棒控制。(4)二級穩(wěn)定方法可以進一步提高機載光電平臺控制性能,本文探討了面向機載光電平臺二級穩(wěn)定的壓電陶瓷驅(qū)動控制方法。分析并通過實驗驗證了壓電陶瓷驅(qū)動器的非線性特征。提出了基于簡化二階多項式模型的壓電陶瓷遲滯特性補償方法和基于雙閉環(huán)PID控制的壓電陶瓷驅(qū)動器控制方法,實現(xiàn)了對壓電陶瓷驅(qū)動器非線性特征的補償和抑制,對機載光電平臺二級穩(wěn)定驅(qū)動控制技術(shù)具有一定的實際應(yīng)用價值。本文的研究工作為高性能先進魯棒控制方法在機載光電平臺光軸指向與穩(wěn)定控制中的應(yīng)用提供了理論支撐和技術(shù)參考,對相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用具有一定的借鑒和參考意義。
【圖文】：

BC 濾波器RC 濾波器的 ADRC 濾波器2[2 g , g]01 02[ , N ( A)]2[2 g , g N ( A)][3 g 01 0[ , [3 g ,3 g，頻域上濾波器2( )ADRCQ s 和20( )DOBQ s ，ADRCQ 。不考慮 ADRC 濾波的非線性，頻域上 ADC 濾波器具有等價性。 DOBC 和 ADRC 濾波器的頻域特性進行了ADRC 等價濾波器的頻域?qū)Ρ惹�。當參數(shù)相頻曲線比較接近。工程上一般根據(jù)傳感器般設(shè)置較小。為了簡化分析過程，在接下來置為 0。

圖 3.6ADRC 等效濾波器與 DOBC 濾波器頻域?qū)Ρ菷igure 3.6 Comparison of ADRC filter and DOBC filtBode 圖中，，DOBC 濾波器幅頻、曲線是一條曲線DRC 等效濾波器形式隨著輸入幅值 A的變化而改02 和 的 ADRC 等效濾波器不再是一條曲線，而是線。這里 對應(yīng)于實際控制系統(tǒng)中的濾波器控制器是一簇隨著濾波器輸入變化的曲線，。同輸入幅值 下 ADRC 等價濾波器頻率特性曲線RC 等價濾波器在頻域內(nèi)是一簇隨著輸入幅值 A 波器帶寬越低。-20020e(dB)Bode Diagram
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V241

【參考文獻】

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本文編號：2601144