基于干扰观测器的航空相机俯角控制系统的研究

	基于干扰观测器的航空相机俯角控制系统的研究
	李昕阳
学位类型	博士
导师	张涛
	2014-11
学位授予单位	中国科学院大学
学位专业	光学工程
关键词	航空相机干扰观测器滑模补偿同步控制钢丝绳传动扭振抑制
摘要	航空相机因其时效性高、目的性强等优点成为了航空遥感器的主要载荷形式之一。为了扩大相机的横向视场角，全景式航空相机采用摆扫成像的工作方式。随着焦距的增加，为了减小载机平台的空间和重量，考虑将扫描系统的轴系与探测器的轴系分离，形成两轴平行机构，分别为扫描机构与消旋机构。论文以这种俯角控制系统为研究对象，针对单电机驱动钢丝绳传动、无机械联系双电机驱动以及双电机驱动钢丝绳传动这三种工作方式，研究并解决了俯角控制系统的干扰抑制，基于钢丝绳传动的扭振抑制以及快速、高精度定位等技术难题，将基于干扰观测器的控制策略应用到俯角系统控制中，并从理论分析、数值仿真和应用实现三个方面对基于干扰观测器的控制技术进行了研究。论文围绕着XX-CCD相机俯角控制系统的性能指标和技术难点开展以下几方面研究工作。 1、分别从同步控制精度，速度稳态精度及位置定位精度等方面分析了航空相机俯角控制系统的关键性能对航空相机成像过程的影响。建立了以电流环作为内环，速度环作为外环的双环控制结构的速度环控制对象的数学模型。建立了系统的刚度分析模型并分析了影响系统刚度的关键因素。针对单电机驱动以及双电机驱动两种情况，建立了基于钢丝绳传动系统的数学模型，讨论了钢丝绳柔性传动下扭振产生的原因。 2、针对机载条件下的复杂扰动环境，从对干扰观测并进行补偿的角度，研究了干扰观测器的干扰力矩观测及补偿原理，分别讨论了干扰观测器在补偿内环以及反馈回路下的稳定条件；在低通滤波器设计中分别从整数阶滤波器设计理论、分数阶控制理论两个方面分析了低通滤波器的设计方法，并利用滑模控制方法对干扰观测器的观测误差进行补偿，提高了干扰观测器对高频、非线性扰动的补偿能力。 3、在单电机驱动钢丝绳传动控制中，针对该系统共振频率较低，容易产生扭振的缺点，设计了一种通过改变干扰观测器的力矩反馈系数来等效改变系统的共振频率的方法，有效地抑制了系统对扭振的抑制能力；在双电机控制中，首先，针对无机械联接的控制系统，分别设计了多信息交互的控制策略以及基于干扰补偿的多信息交互控制策略，并将基于干扰补偿的多信息交互控制策略转化为基于加速度层面和、差模式控制策略。这两种方法均实现了速度/位置控制与同步控制的独立设计，易于工程应用；然后，针对钢丝绳联系的控制系统，首先研究了扭振的抑制方法，并将两个电机控制系统的干扰力矩差作为反馈对象设计了一种对钢丝绳张力控制的方法，该方法通过对钢丝绳张力进行控制来保证系统的刚度，从而使系统具有较高的共振频率以及较好的控制性能。 4、针对单电机控制系统以及双电机控制系统的控制结构特点，在位置外环分别采位置模糊控制以及速度、加速度前馈控制，并通过跟踪微分器获得对速度、加速度指令信号。这两种方法均实现了俯角控制系统的快速定位，并通过实验验证了定位状态下的抗扰动能力。本文对俯角系统在三种工作方式下的控制性能进行实验对比，为航空相机俯角系统提供了设计依据。
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/44666
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	李昕阳. 基于干扰观测器的航空相机俯角控制系统的研究[D]. 中国科学院大学,2014.

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