机载光电吊舱陀螺稳定系统智能控制研究

论文摘要

随着精确制导武器技术的不断发展,机载光电吊舱已成为精确打击和跟踪系统中的重要组成部分。它能隔离载体的振动对光电传感器指向的影响,同时,它利用光电传感器完成对目标的搜索、定位、跟踪。发展航空光电吊舱对我国的国防建设具有非常重大的意义。本文以机载光电吊舱陀螺稳定系统为研究对象,建立吊舱模型。该吊舱模型为一个两轴伺服系统,方位轴和俯仰轴都由速度环回路和位置环回路构成。由于航空光电吊舱是一个具有大延迟、非线性而又要求高跟踪和稳定精度的系统,对控制器的设计要求较高。本文采用模糊PID对系统控制器进行设计,分别对各轴的速度环采用经典PID控制器,位置环采用模糊PID控制器。Matlab仿真表明,采用模糊PID控制器后,系统性能较经典PID控制器改善了控制系统的过渡过程、减小超调量,又提高了系统跟踪精度、稳定精度和响应速度。模糊PID控制可显著改善控制系统对高速动态目标的捕获跟踪能力,提高跟踪精度,增强系统的鲁棒性。最后,本文给出了常见的几种预测方法,如多项式拟合法、Kalman预报器、隔点Kalman组合预报器和稳态Kalman预报器等,来解决延迟问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 模糊控制算法简介
• 1.4 研究的目的和意义
• 1.5 主要研究内容及论文结构
• 第2章 吊舱模型建立与分析
• 2.1 引言
• 2.2 系统主要技术指标
• 2.3 系统组成
• 2.4 系统模型建立
• 2.4.1 力矩电机动态模型
• 2.4.2 陀螺仪动态模型
• 2.4.3 其他环节的传递函数
• 2.5 系统参数
• 2.5.1 结构参数
• 2.5.2 陀螺仪参数
• 2.5.3 直流力矩电机参数
• 2.5.4 其它参数估算
• 2.6 力矩电机参数核算
• 2.6.1 最大驱动力矩核算
• 2.6.2 最大驱动角速度核算
• 2.6.3 力矩电机动态模型的参数
• 2.7 系统模型
• 2.8 扰动力矩分析及干扰对系统精度的影响
• 2.8.1 扰动力矩分析
• 2.8.2 干扰对系统精度的影响
• 2.9 吊舱陀螺稳定系统期望动态特性
• 2.10 本章小结
• 第3章 系统的PID控制
• 3.1 经典PID控制规律
• 3.1.1 经典PID基本原理
• 3.1.2 数字PID控制算法
• 3.2 方位轴PID校正与分析
• 3.2.1 方位轴PID校正
• 3.2.2 方位轴校正前后对扰动的抑制作用分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 系统的模糊PID控制
• 4.1 基本模糊控制器设计
• 4.1.1 模糊控制规则的设计
• 4.1.2 模糊化方法
• 4.1.3 模糊推理
• 4.1.4 解模糊化过程
• 4.1.5 论域、量化因子、比例因子的选择
• 4.2 模糊PID控制器
• 4.2.1 模糊PID控制器的特点
• 4.2.2 模糊PID控制器的工作原理
• 4.3 稳定系统的模糊PID控制
• 4.3.1 方位轴模糊PID控制器的设计
• 4.3.2 模糊PID控制器的方位轴仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 脱靶量预测估计
• 5.1 多项式拟合算法
• 5.1.1 多项式拟合预测原理
• 5.1.2 滑动窗抛物线拟合
• 5.2 Kalman预测法
• 5.2.1 Kalman预报器
• 5.2.2 超前n步Kalman预报器
• 5.2.3 组合Kalman隔点预测法
• 5.2.4 稳态Kalman预报器
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢