四轴陀螺稳定平台分区离散变结构控制策略及优化方法

为了有效提高四轴陀螺稳定平台伺服系统全姿态控制精度,针对变结构分区控制过程中台体大角度晃动问题,提出一种优化的四轴陀螺稳定平台控制回路分区离散变结构控制策略。在分析四轴平台框架系统运动学方程的基础上,给出了随动式分区离散变结构控制策略,通过分析执行机构与被控角速度之间的相关程度,对随动式分区离散变结构控制策略进行优化。为了进一步减小变换区域时的切换扰动,在随动式分区离散变结构控制基础上提出一种稳定式分区离散变结构控制方法,对变结构区域进行了整合和优化,有效避免了运动状态在不同区域之间切换造成的台体晃动。仿真结果表明,随动式分区离散变结构控制策略优化前后相比,X方向台体晃动角速度减小63.5%,Y方向台体晃动角速度减小84.5%;稳定式分区离散变结构控制策略优化前后相比,X方向台体晃动角速度减小29.0%,Y方向台体晃动角速度减小57.3%,有效减小了平台台体在变结构控制切换过程中的晃动,提高了控制精度。

低空遥感小型三轴陀螺稳定平台的设计与实现

按照测绘领域专用、性价匹配的思想,设计并实现了一套低成本的低空遥感小型三轴陀螺稳定平台。该系统以自主设计的三轴铝制云台为平台,以微电子机械三轴角速率陀螺、线加速度计和磁阻传感器为基础,配置ARM CortexTM-M3 32位核心微处理器,以数字钛合金舵机为驱动输出,具有体积小、精度高、成本低、自主稳定与罗差自检校等特点。实验表明,稳定平台的航向角测量精度可达1°,俯仰角和横滚角可达0.1°,机械控制精度优于0.1°,驱动响应时间小于20ms,可以满足小区域大比例尺地形图立体测绘对稳定平台的要求。

三轴陀螺稳定平台伺服回路全姿态解耦及变增益控制方法

在载体大机动飞行背景下,要求惯性平台具备全姿态的功能。国内现有的三轴陀螺稳定平台(简称三轴平台)不具备全姿态的功能,在内框架增加了限位挡钉以限制内框架角的工作范围,主要是基于内框架角不能工作在接近于±90°的认识。为了准确描述全姿态条件下三轴平台的运动规律,指出了传统动力学推导过程中的不足之处,重新建立了三轴平台的动力学模型,基于该模型给出了非奇异的全姿态伺服回路并提出了一种新的全姿态解耦方法,包括力矩解耦和转动惯量解耦。最后,针对转动惯量在框架转动过程中非定值的问题,提出了基于H∞控制理论的变增益控制策略。仿真结果表明,变增益控制器相对定常参数控制器可显著改善三轴平台伺服回路控制的性能。

三轴光电稳定平台陀螺安装方式研究

光电稳定平台具有隔离载体扰动,保持光电传感器载荷在光电空间的指向能力的作用,在军用和民用光电技术领域得到广泛应用.对三轴光电稳定平台的速率与陀螺安装方式之间的关系进行了分析和探讨,建立了三轴光电稳定平台坐标系模型并将不同角速率到视线坐标系进行了转换,对陀螺的4种安装方式下电机角速率公式进行推导、验证,并分析得到最优安装方式.

航空遥感用三轴惯性稳定平台不平衡力矩前馈补偿方法

航空遥感用三轴惯性稳定平台用于稳定成像载荷,获取高分辨的遥感数据。但是由于稳定平台承载大且存在质量偏心,在载机加速度的作用下平台产生幅值较大的不平衡力矩,导致平台的稳定精度下降和相机成像质量退化。为了有效抑制不平衡力矩产生的影响,提高平台的稳定精度,提出了一种基于不平衡力矩观测器的惯性稳定平台不平衡力矩前馈补偿方法。首先设计一种不平衡力矩观测器,实时估计出平台的不平衡力矩;然后通过前馈补偿的方法抑制不平衡力矩的作用,从而达到提高平台的稳定精度的目的。仿真结果显示,平台的稳定精度得到大幅度提高,基于不平衡力矩观测器的惯性稳定平台不平衡力矩前馈补偿方法有显著补偿效果。

基于PMI的三轴惯性稳定平台干扰力矩补偿方法研究

针对未知干扰力矩严重影响航空遥感三轴惯性稳定平台稳定精度这一问题,对平台未知干扰力矩进行估计与补偿。将干扰力矩视为一类执行器故障,给出了一种比例多重积分(PMI)观测器设计方法,利用PMI观测器实时估计出未知干扰力矩,通过前馈控制器进行补偿。最后对传统PID控制和基于PMI观测器的前馈补偿控制分别进行了仿真分析和实验对比。结果表明:与传统PID控制相比该方法有效地抑制了干扰力矩的影响,提高了平台的动态特性和稳态性能,能更好的满足航空遥感对地观测的重大需求。

航空遥感三轴惯性稳定平台双速度环控制

航空遥感三轴惯性稳定平台用于稳定成像载荷,获取高分辨率的遥感数据。针对惯性稳定平台视轴稳定控制中单速度环对干扰力矩抑制的不足,提出采用以编码器进行数字测速构成速度内环、利用速率陀螺构成速度外环的双速度环复合控制方案,将稳定回路抗内部干扰功能和隔离外界干扰功能分开设计实现,以提高系统稳定精度。分别对单速度环和双速度环对扰动的抑制能力进行了理论分析和对比,并在理论分析基础上,对单速度环和双速度环的扰动抑制能力进行了Matlab仿真分析和实验验证。结果表明:与单速度环相比,双速度环可明显减小质量偏心、摩擦等主要内部干扰以及外部基座低频扰动造成的稳态误差,静基座摇摆伺服稳定角速度RMS值减小了52.3%,静基座调平姿态精度RMS值减小了22.1%,动基座调平姿态精度RMS值减小了37.4%。

船载光电成像三轴自主稳定平台控制回路设计

船载光电成像稳定平台为舰船在高速及恶劣海况下进行光电成像侦察提供了基础条件,近年来光电平台结构越来越复杂,要求的稳定精度越来越高,为了提高平台稳定精度,必须选择合适的结构方案并进行合理的控制回路设计;文中介绍了稳定平台的几种框架形式,从稳定原理方面分析了各自的特点,指出三轴稳定平台系统是最佳的选择方案,在此基础上对三轴自主稳定平台伺服稳定控制回路进行了设计,仿真结果表明在选择合适的超前-滞后网络后,系统的隔离度达56db,稳定性能满足使用要求。

基于PID的航空遥感三轴惯性稳定平台控制系统设计

介绍了一种基于PID(Proportion integration differentiation)的航空遥感三轴惯性稳定平台控制系统的设计,并进行了相关试验研究。首先采用了一种基于DSP的三环复合控制方案,然后通过考虑控制系统的超调量、调节时间、阻尼性等各项指标,逐次对三环控制器进行设计,得到了合适的PID参数。通过车载试验,对平台的稳态精度、动态响应能力进行了验证。

三轴稳定卫星无陀螺姿态确定算法研究

针对三轴稳定卫星进行了正常飞行模式下无陀螺姿态确定算法研究 ,采用磁强计、地球敏感器和太阳敏感器组合获得姿态数据 ,利用四元数法和高斯 -马尔可夫过程建立了姿态确定估计器算法模型。通过数学仿真证明 ,此姿态确定算法能够对星体姿态进行较精确的估计或校正 ,满足卫星控制精度要求。

三轴稳定通信卫星在地球指向模式下的陀螺标定

本文介绍三轴稳定通信卫星在地球指向模式下的陀螺标定方法和计算公式。转移轨道远地点火后及同步轨道在三轴稳定地球指向模式下的陀螺标定是利用地球敏感器、太阳敏感器和速率积分陀螺信号的遥测值标定陀螺常值漂移。

三轴稳定跟踪平台建模分析

三轴稳定跟踪平台是光电稳定平台的重要组成部分,它利用三轴框架结构消除扰动,实现稳定跟踪。通过将偏转角速率从平台坐标系转换到视线坐标系,可以得到偏转和扰动在光轴上产生角速率的关系式,从而建立三轴稳定跟踪平台模型。实验证明,建立的虚拟样机模型能够准确地对导引系统跟踪精度进行评估,具有很高的实用价值。

基于比例多重积分观测器的三轴惯性稳定平台加速度计测角误差估计

航空遥感三轴惯性稳定平台用于有效隔离飞行载体的偏航及姿态角运动,使成像载荷沿航向平稳飞行并保持载荷视轴对地垂直指向。通常情况下,稳定平台采用高精度位置姿态测量系统(Position and Orientation System,POS)作为姿态角传感器,一旦POS发生故障会导致平台失稳甚至危及载荷安全。为了提高平台运行可靠性并保证载荷安全,考虑了一种以加速度计作为姿态角冗余传感器的双工作模式,即POS组合工作模式和自主工作模式。当POS发生故障时平台切换到自主工作模式,依靠平台自身加速度计组件进行姿态控制。但与POS相比,加速度计测角易受载体扰动加速度影响从而导致测角误差较大,严重影响平台的稳定精度。针对这一问题,提出了一种基于比例多重积分(Proportional and Multiple-integral,PMI)观测器的加速度计测角误差估计方法,对平台系统建模及PMI观测器的设计过程进行了详细的论述,并利用真实飞行实验数据进行了性能测试。结果表明该方法对实际误差的估计精度达到0.0701°(RMS),可较好的估计出加速度计测角误差,为提高平台自主工作模式的稳定精度奠定基础。

三轴稳定通信卫星在地球搜索模式下的陀螺标定

本文介绍三轴稳定通信卫星在转移轨道远地点点火前，在地球搜索模式下的陀螺标定方法和计算公式。此种陀螺标定需进行两次姿态机动，利用太阳敏感器和速率积分陀螺遥测数据标定陀螺的常值漂移。

基于三轴陀螺仪的微型液压伺服平台

设计了一种以液压为动力的伺服平台,伺服平台主要由三个微型液压缸组成,以ATMEL168 8位数字芯片为主控电路,使用LIS3LV02DQ三轴陀螺仪对伺服平台的动态进行高速测量和反馈,通过伺服电机控制的流量泵达到对伺服平台的精确随动跟踪控制,并且可以通过编程实现伺服平台在空间6个自由度上的精确定位。

基于ADAMS两轴三框架光电稳定平台动力学分析

随着光学、电子等技术的快速发展,无人机载光电稳定平台正向着小型化、轻型化发展。基于这种要求,提出两轴三框架结构形式,并且建立该结构的运动方程。利用ADAMS软件,对设计的结构进行了动力学分析。

一种三轴稳定平台框架轴正交性测量方法

三轴稳定平台框架轴正交性是目标稳定跟踪的重要保证,本文提出一种旋转光学反射镜的框架轴正交性测量方法,通过内环轴调整与中环轴调整保证了框架轴的正交性,为提高稳定平台装配精度提供了理论依据与实现方法。

多变量耦合系统——三轴平台的稳定性

提出了用于多变量耦合系统稳定性分析的非解耦方法，该方法不需要增加解耦措施，只需通过方程之间的变换，就可以判别出耦合系统的稳定性．将此法应用到大姿态复合运动三轴耦合平台系统的稳定性分析中，比较分析结果与仿真结果后，证明方法是有效的．通过分析和仿真得到的平台系统稳定临界姿态角为平台尝试大姿态角运动提供了理论依据．

多用途重力梯度和磁控三轴稳定小型卫星公用平台

首先介绍重力梯度稳定小型卫星的突出特点：结构简单，可靠性高，成本低，研制周期短，质量轻；其次论述重力梯度小型卫星平台可能达到的技术性能指标；最后探讨了四种三轴姿态稳定小型卫星公用平台。

基于正余弦耦合的三轴速率平台控制结构优化

针对三轴速率平台进行三自由度的动态摇摆时出现的平台台体线性漂移问题,提出了一种基于正余弦耦合的三轴速率平台稳定回路控制结构优化方法。当三轴平台进行三自由度摇摆运动时,由于框架间角运动激励的物理耦合和角运动解耦激励的数学耦合,平台台体会产生动态漂移。首先建立三轴平台的角运动输出模型,再根据传递特性将平台基座上的角运动代入到台体伺服控制回路中得到交叉耦合误差项。其次,对比三轴速率陀螺平台和三轴位置陀螺平台在稳定回路控制结构上的异同,分析动态摇摆条件下造成平台台体出现正余弦耦合误差和台体大漂移率误差的形成机理,根据误差源进一步对三轴速率平台的稳定回路控制结构进行了设计优化。最后通过仿真和三自由度转台摇摆试验可见,摇摆过程中不再出现框架角的较大线性漂移,验证了稳定回路结构优化的正确性。