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0 引言

如今，隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的快速發(fā)展和人們對機(jī)電等理工科研究的深入，慣性導(dǎo)航技術(shù)日新月異。控制技術(shù)在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，目前大多數(shù)平臺慣性控制采用經(jīng)典的頻域控制設(shè)計方法。隨著控制技術(shù)的發(fā)展，魯棒控制理論也得到了極大的發(fā)展，對控制對象的不確定性和結(jié)構(gòu)攝入具有更好的控制效果。本文采用魯棒H∞控制平臺穩(wěn)定電路的控制，通過選擇合適的權(quán)力函數(shù)將平臺穩(wěn)定電路的控制問題轉(zhuǎn)化為H∞ 混合靈敏度問題采用混合靈敏度優(yōu)化設(shè)計了滿足性能要求的控制器，通過特殊的雙線變換方法解決了虛軸極端平臺穩(wěn)定電路原系統(tǒng)對象模型的病理問題。最后，控制器的可行性通過器的可行性。

1 液浮陀螺平臺穩(wěn)定回路的原理

三軸慣性平臺有三條伺服回路通道，其原理基本相同。干擾力矩時M f 當(dāng)作用于平臺框架軸時，平臺旋轉(zhuǎn)相對慣性空間。液浮陀螺對此偏轉(zhuǎn)角度敏感后，輸入相應(yīng)的調(diào)寬信號，放大器放大后反饋給控制裝置。控制裝置在穩(wěn)定電機(jī)上產(chǎn)生控制信號，穩(wěn)定電機(jī)產(chǎn)生相反方向的校正扭矩，將平臺移動到原偏離的相反方向，使平臺與慣性空間的夾角逐漸減少到0，最終使平臺相對于慣性空間保持穩(wěn)定。

2 平臺穩(wěn)定回路建模

2.1 穩(wěn)定回路的組成

一般穩(wěn)定電路由慣性平臺、三環(huán)框架、陀螺儀、扭矩電機(jī)、坐標(biāo)變換器和控制電路組成。具體組成Md 扭矩電機(jī)，Mf穩(wěn)定電路外部干擾力矩。 方向穩(wěn)定電路由橫滾穩(wěn)定電路和俯仰穩(wěn)定電路組成，無耦合放大器和伺服分解器。

圖1 由平臺穩(wěn)定回路組成

2.2 數(shù)學(xué)模型穩(wěn)定回路

圖2 方向穩(wěn)定電路控制框圖，θ ′ 穩(wěn)定電路輸入角度，θ 陀螺輸出角，k1 放大橋式功率系數(shù)，k2 為傳感器、前放大、相敏解調(diào)和低通濾波放大系數(shù)，τ g 陀螺時間常數(shù)，kg 將系數(shù)傳遞給陀螺，τ e 為電機(jī)時間常數(shù)， J 為平臺旋轉(zhuǎn)慣量。穩(wěn)定電路的開環(huán)傳輸函數(shù)不考慮校正裝置

3 常規(guī)PID控制

PID 控制器是控制系統(tǒng)中最常用的控制器，具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。PID 控制主要依靠被控制系統(tǒng)的輸出值與目標(biāo)值之間的偏差和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。平臺穩(wěn)定電路通常采用雙閉環(huán)控制，即電流環(huán)PI 控制，位置環(huán)PID 控制，控制框圖。

圖2 穩(wěn)定回路雙閉環(huán)控制

3.1 電流環(huán)PI控制

電流環(huán)反饋可自動調(diào)節(jié)扭矩電機(jī)的驅(qū)動電流，大大降低載體角運(yùn)動和干擾扭矩引起的扭矩電機(jī)輸出扭矩波動，提高系統(tǒng)性能。

未校正的前電流環(huán)開環(huán)傳輸函數(shù)

采用PI 實(shí)現(xiàn)電流環(huán)控制，控制器

根據(jù)工程實(shí)際情況，這里取電流環(huán)的開環(huán)截止頻率為 1 800~2 000 rad / s，此時，取電流環(huán)校正函數(shù)

可得電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)

為便于計算，忽略分子、分母的高階系數(shù)項，將上式簡化為一階環(huán)節(jié)，得到式：

加入校正環(huán)節(jié)后，電流環(huán)的開環(huán)bode 圖。

控制后開環(huán)系統(tǒng)的截止頻率為 1 910 rad / s，相位裕度為87.1°。

其中， S 和T 分別稱為靈敏度函數(shù)和補(bǔ)充靈敏度函數(shù)，兩者滿足：T (s) = I ? S (s)。靈敏度函數(shù)S (s)是決定跟蹤誤差大小的重要指標(biāo)，S (s)增益越低，系統(tǒng)跟蹤誤差越小，系統(tǒng)響應(yīng)的質(zhì)量指標(biāo)越好；補(bǔ)充靈敏度函數(shù)T (s)魯棒決定了系統(tǒng)Epson代理降低穩(wěn)定性的重要指標(biāo)T (s)增益可以減少模型不確定性對系統(tǒng)的影響。T (s) = I ? S (s)，不可能同時降低S和T通常干擾信號多為低頻信號，系統(tǒng)不確定性發(fā)生高頻，因此在選擇權(quán)函數(shù)上可以對兩者進(jìn)行分頻段折衷。

其中，增廣對象模型為

簡單得到簡單的推導(dǎo)，

上右端是目標(biāo)函數(shù)的線性分式變換形式。因此，穩(wěn)定系統(tǒng)內(nèi)部，滿足設(shè)計指標(biāo)ψ ∞ <1的控制器K (s)問題可以歸結(jié)為增加被控對象G s H( )所對應(yīng)的H∞ 解決標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計問題K (s)的問題。

在本文中，圖5中G(s)總被控對象由扭矩電機(jī)、平臺體和液浮陀螺組成，代入具體值：

按照圖5 設(shè)置給定信號0的混合靈敏度控制結(jié)構(gòu)圖2 等效變換為H∞標(biāo)準(zhǔn)控制結(jié)構(gòu)，。虛線框是一個擴(kuò)展對象，它包含原始控制對象 G(s) W1 、W2 、W3 三個權(quán)函數(shù)。

圖5 方向穩(wěn)定回路H∞結(jié)構(gòu)圖的標(biāo)準(zhǔn)控制

5 混合靈敏度H∞設(shè)計控制器

5.1 選擇權(quán)函數(shù)

在設(shè)計控制器時，加權(quán)陣的選擇是首要任務(wù)，它決定了系統(tǒng)靈敏度函數(shù)和補(bǔ)充靈敏度函數(shù)頻域特性的形狀，然后直接決定了整個系統(tǒng)的動態(tài)、穩(wěn)定性和魯棒性。加權(quán)陣的選擇應(yīng)遵循以下規(guī)則：

1)最終設(shè)計的控制器與廣義被控對象同階，因此在滿足設(shè)計要求的情況下，盡量減少加權(quán)陣列的階段。

2)靈敏度函數(shù)S (s)它決定了系統(tǒng)的跟蹤性能，系統(tǒng)抑制擾動能力越小，系統(tǒng)跟蹤性能越好，

由于

圖 7(a)(b) 描述系統(tǒng)靈敏度函數(shù)S(s)和權(quán)函數(shù)

圖7 奇異值曲線

WS 1 應(yīng)滿足系統(tǒng)跟蹤和干擾抑制性能的要求這一必要條件，即從圖7(a) 設(shè)計的控制器滿足系統(tǒng)性能要求。W3T應(yīng)滿足系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性的要求這一必要條件，即滿足從圖7(b) 從圖中可以看出，高頻段抑制了補(bǔ)靈敏度函數(shù)，設(shè)計的控制器滿足了系統(tǒng)性能的要求。

圖8 H∞在系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)曲線的控制下

從圖8 可以看出，系統(tǒng)的截止頻率ωc =149 rad / s，相位裕度為74.8°，滿足魯棒精度和穩(wěn)定性的要求。低頻段系統(tǒng)-60 dB/dec，這表明系統(tǒng)必須是無靜差系統(tǒng)，具有良好的穩(wěn)定性，由于低頻段分貝值高，可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定精度；中頻段-20 dB/dec 穿過0 dB 線具有一定的寬度，從相位裕度也可以看出系統(tǒng)穩(wěn)定性好；高頻段系統(tǒng)性能為-60 dB/dec，這表明該系統(tǒng)具有良好的噪聲抑制能力。

(a)陀螺輸出在階躍響應(yīng)下

(b)陀螺輸出在干擾力矩下

圖9 系統(tǒng)響應(yīng)曲線

對H∞控制穩(wěn)定電路輸入0.1 rad階躍信號和0.5 N·m 干擾力矩，系統(tǒng)響應(yīng)曲線。

從圖9 可見，采用H∞ 控制后，系統(tǒng)超調(diào)量僅為13.7%，調(diào)整時間僅為0.089 s，輸入常值干擾力矩后，穩(wěn)定電路的最大值

大動態(tài)干擾誤差為0.013 7 rad， 穩(wěn)態(tài)誤差趨于0。PID 控制和H∞ 對比控制，可以看出系統(tǒng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間和抗干擾能力都有了明顯的提高。

6 結(jié)語

本文應(yīng)用H∞ 混合靈敏度控制策略控制液浮陀螺的穩(wěn)定電路。通過選擇合適的加權(quán)函數(shù)，控制結(jié)果顯著提高了跟蹤和抗擾性。通過模擬驗(yàn)證H∞ 與傳統(tǒng)控制器相比，控制器的穩(wěn)定電路穩(wěn)定PID 雙環(huán)控制器的穩(wěn)定電路具有更好的跟蹤性和抗擾性，從而證明了該方法的有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 秦永元.慣性導(dǎo)航[M].北京:2006年科學(xué)出版社.

[2] 申鐵龍.H∞控制理論及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996.

[3] 薛定宇.計算機(jī)輔助設(shè)計控制系統(tǒng)-MATLAB語言及應(yīng)用[M].北京：2012年清華大學(xué)出版社.

[4] 劉金琨.先進(jìn)PID控制MATLAB仿真[M].3版.北京：2011年電子工業(yè)出版社.

[5] 吳旭東，解學(xué)書.H∞魯棒控制中加權(quán)矩陣的選擇[J].1997:29-32.

[6] 李鵬、孟衛(wèi)鋒、陳利超等.模擬研究慣導(dǎo)平臺穩(wěn)定回路的三種控制策略[J].2010(3):672-676，691.

(本文來源《IC2021年1月，代理雜志