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。

基于支持向量机辅助的四轴陀螺两级故障诊断方法

在四轴冗余配置的惯导系统陀螺组件中,为了解决基于等价空间原理的诊断算法无法分离故障器件的问题,保证惯导系统陀螺组件的容错性能,提出一种基于支持向量机辅助的两级故障诊断方法.首先,以奇偶残差构建卡方检测量,采用广义似然比法对四轴陀螺组件进行实时的故障检测;然后,构建基于小波包变换与支持向量机的故障分类器,分析陀螺器件输出信号的能量特征,对传感器的运行状态进行判定;最后,结合广义似然比法的检测结果与故障分类器的输出,对四轴陀螺组件的故障进行判别,诊断系统故障源.仿真结果表明:所提方法能够快速准确地识别故障器件;在最小冗余配置条件下,保证了惯性系统陀螺组件一次故障正常工作的容错能力.

四轴陀螺组件突变故障的检测与隔离

针对基于等价空间原理的传统诊断算法无法实现捷联惯导四轴陀螺组件故障分离的问题,本文提出了基于广义似然比法和斜率突变检测相结合的故障检测与隔离方法。分析对比了2种四轴陀螺冗余配置方案的量测性能与故障检测性能;以奇偶残差构建卡方检测量,采用广义似然比法对四轴陀螺组件进行故障检测;引入最小二乘方法拟合陀螺输出斜率,通过陀螺输出数据的斜率变化定位故障陀螺,并记录故障信息,实现系统重构。通过仿真验证证明:所提出的方法可以快速准确的识别故障器件,保证惯性系统陀螺组件的可靠性。

四轴陀螺稳定平台的变结构分区控制

为使四轴陀螺稳定平台适应运载体全纬度、全姿态工作的要求,从运动学角度分析了四框架轴控制信号的特点。将陀螺输出信号及框架角传感器信号组合形成观测变量,给出选择不同组合时控制信号的配置方案。该方案采用完整的观测矩阵形式,可准确计算中框轴、外框轴控制信号,补偿回路增益的变化。结合避免框架锁定的要求及实际电动机驱动力矩有限的条件,提出了中框轴、外框轴的分区变结构控制方案。基于Simulink的计算结果表明:该控制方案完全避免了框架锁定且切换过程平稳,为在载体全纬度、全姿态工作的条件下实现台体的惯性空间稳定提供了必要保障。

ESO增强四轴平台伺服系统抗扰能力的研究

四轴陀螺稳定平台在动基座上工作时,具有不可预知快变参考角度输入及动态干扰力矩的作用,严重影响系统控制精度。由此,在稳定回路中引入扩张状态观测器,以角位置跟踪误差作为观测输入,实时观测参考输入角加速度及干扰力矩并实施前馈补偿;同时在观测器输入端引入低通滤波环节,兼顾饱和等非线性环节作用下的系统稳定性。仿真及试验结果表明:采用以上方案可在不可预知快变角度输入、干扰力矩等因素的共同作用下,更好地实现平台的惯性空间稳定,且系统实现简单,对解决机电控制系统的类似问题具有借鉴作用。