[发明专利]一种基于加速度反馈与前馈的惯性稳定装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及惯性稳定的技术领域，具体涉及一种基于加速度反馈与前馈的惯性稳定装置及其控制方法，可用于高精度惯性平台的稳定。

背景技术

惯性稳定平台广泛应用在航空、航天、航海等领域中，是现代生活不可缺少的关键技术。其主要作用是隔离外界干扰，在惯性空间内保持稳定。而惯性稳定控制技术主要以陀螺为关键器件，但是由于机械结构、传感器等条件的限制，很难提高陀螺闭环带宽。在很多恶劣的环境中，比如剧烈的风力矩、基座的扰动力矩等，基于陀螺稳定的系统不能很好地满足工程要求。在工程实现上，很多的控制技术诸如自适应控制、非线性控制、智能控制等都有相应的不足。而基于扰动的前馈控制被认为是一种很好的控制方法，但是由于模型不确定性、前馈信号精确获取、控制方式等问题，控制效果不是很明显。

加速度反馈可以显著地提高控制系统性能。将加速度反馈应用在控制系统中已经有很多文献如(Contact transition control via joint acceleration feedback.IEEE transactions on industrial electronics，Vol.47，No.1，2004.)、(Acceleration Feedback Control for Low Velocity Friction in Servo Control System.Vol.7281，SPIE，2008.)、(负载加速度反馈的伺服系统谐振抑制.光电工程，2007，34(7))。而将加速度反馈与前馈的控制方法用于惯性稳定平台中，隔离基座的扰动，提高稳定能力，目前还是存在理论分析阶段。这主要是由于角加速度的获取以及加速度反馈与前馈控制方式等都给工程实现带来了诸多问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服以上提到的现有技术的不足，提供一种基于加速度反馈与前馈的惯性稳定装置及其控制方法，可以有效地提高系统稳定能力，并且本发明简单可靠，工程实现容易。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：一种基于加速度反馈与前馈的惯性稳定装置，其特征在于：由伺服转台1、基座2、伺服控制器3组成，其中伺服转台上装有两个线加速度计4，5用于测量伺服转台1的角加速度；陀螺6用于测量伺服转台1的角速度。在基座2上同样安装有两个线加速度计7，8用于测量基座2扰动角加速度。

进一步的，实现该装置的控制方法是稳定控制方式为反馈与前馈两种模式的复合控制。具体就是利用实际测量转台的加速度信息实现加速度反馈，形成内稳定回路，陀螺反馈为外稳定回路；利用实际测量基座的角加速度经过一个低通滤波器后，将此信息前馈到加速度反馈输入的节点处。

进一步的，低通滤波器的带宽太宽、太低都不会给系统带来很好的效果。而应该在不超过加速度闭环带宽内，根据扰动信号的频率特性而设置。

同时，前馈控制能够实现的条件是加速度反馈回路高增益的作用，从而使得加速度闭环近似为常数环节。这要求限制了加速度控制器中必须含有积分器，这样才能获得高增益。

本发明相对于现有技术的优点为：

(1)本发明相比陀螺稳定系统，可以有效地提高系统稳定能力。

(2)本发明仅仅增加了加速度传感器，方法简单可靠，工程实现容易。

(3)本发明采用了基于加速度反馈与前馈的控制方法，闭环系统具有良好的快速性、鲁棒性。

附图说明

图1：本发明一种基于加速度反馈与前馈的惯性稳定装置示意图；

图中，1为伺服转台、2为基座、3为伺服控制器；4、5、7、8均为线加速度计；6为陀螺。

图2：本发明控制结构图；

图中，基座传递函数特性：G₁；    转台传递函数特性：G；

前馈控制器：C_ff；               速度控制器：C_v；

加速度控制器：C_a；              扰动：T_d；

速度输入：R；                   速度输出：Y。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明，本领域的技术人员可根据本说明书揭示的内容了解本发明的功效及优点。