[01651693]三自由度稳定平台伺服控制研究

三自由度稳定平台伺服控制研究是由保定市科学技术局项目,课题编号为12ZG020,研究时间为2012年1月至2012年12月。主要参加人：王立玲、王芳、马红艳、张雷等。在保定市科技局和学校的大力支持下,经过课题组成员的一致努力,圆满完成了任务,达到了预期效果。 本项目提出了并串联型稳定跟踪平台机构,并在运动特性和动力学等方面进行了系统深入的研究。根据机构几何特点,利用向量法和旋转矩阵法建立稳定平台机构运动模型,并利用平台实际采集数据,通过实验测试,验证所建立的运动学模型准确性。利用拉格朗日法和虚功原理,建立了系统的动力学模型。以平台伺服控制为研究方向,根据系统高精度,快响应、宽频带、强鲁棒性的性能要求,对稳定平台系统进行深入的研究。由于理论建模与实际模型存在误差、外界的干扰和摩擦无法建立精确的数学模型,仅仅根据模型设计控制器的系统跟踪精度会受到很大影响。因此,有必要建立高级的控制器。提出采用逆动力学自适应控制器应用到三自由稳定平台系统中,在稳定平台的基座上安装了测量倾角和角速率的传感器,用来测量相对基座标的方位和角速率值给控制器。实验结果表明对三自由稳定平台采用此控制策略在跟踪过程中能够克服外界扰动。稳定跟踪系统在军事和民用等各个领域都已获得了极其广泛的应用。 该成果的创新性如下： 1.针对当前对稳定平台性能要求,对三自由度稳定平台系统构成方案进行了可行性分析。对并串联型机构作为稳定跟踪平台,运用向量法和旋转矩阵法推导出运动学模型和雅克比矩阵。得到提高系统性能的合理化方案。 2.机构动力学模型是运动平台机构进行动力学模拟、动态分析、动力学优化设计及控制的基础。基于拉格朗日法建立了三自由度运动平台动力学模型,得出了面向控制的动力学模型。并对模型进行了动力学分析。 3.采用逆动力学自适应控制。由于理论建模与实际模型存在误差,在考虑不确定参数的情况下,根据Liaupunov直接法进行对稳定平台机构的稳定性分析,确定系统的自适应率,得出控制规律。通过实验验证,三自由度稳定平台采用带有不确定参数动力学模型的逆动力学自适应控制,动态时间短,稳态精度高。 4.构建了系统的软件和系统硬件。系统硬件构成以MAXON直流伺服电机、减速箱、及其放大器作为执行机构,以工控机及其多功能运动控制卡为信号处理装置,以惯性陀螺作为俯仰和横滚角检测装置。系统软件采用Matlab软件中嵌入Canada Quanser公司QuaRC的方式实现。 该项目研究具有国内先进水平,稳定平台由于能隔离载体扰动,不断测量平台姿态和位置的变化,精确保持动态姿态基准,并能使在稳定平台上工作的图像探测设备实现对机动目标并自动跟踪,所以在现代武器系统中得到了广泛的应用。现代卫星电视接收转播,车船用移动卫星通讯以及运钞车、公安、消防、抢险救灾、环境监测等多种行业的发展,也需要具有稳定跟踪能力的平台来很好的隔离载体的运动（高低速、紧急启动、停止、转弯等）对平台的姿态影响。稳定跟踪系统在军事和民用等各个领域都有广阔的应用前景。