[发明专利]多轴联动系统精度控制的反步-滑模控制器及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于多轴联动系统控制技术领域，涉及的一种反步-滑模方法(Backstep-Slidingmodecontrol)，具体涉及一种多轴联动系统精度控制的反步-滑模控制器及控制方法。

背景技术

多轴跟踪系统是典型的多转子系统，它通常安装浮动载体上，是进行灾难预测、气象观测和环境监测的有效手段之一，研究应用于特殊环境下的多轴跟踪系统的动力学特性具有重要的意义。这是因为，一方面系统运行中多轴间的运动学耦合和动力学耦合会影响系统动力学特性及指向精度；另一方面滚动轴承的摩擦力矩、线缆及弹性力矩，在轨抖动及动不平衡等不确定因素将大大影响系统的精度。

解决上述难题通常有两个途径，一是通过机械方面的手段使得耦合及干扰因素降低，另一个即是通过研究策略的研究设计出合理实用的控制器，对耦合因素及干扰因素进行主动控制。目前来看第一种途径已经取得了相当多的成果，但也受到了诸如加工制造等方面的限制；而第二种途径则是研究比较活跃的领域，并且存在诸如控制精度及控制稳定性等热点。

发明内容

本发明的目的是克服目前多轴联动系统动力学控制中存在跟踪精度低、控制方法稳定性低等缺陷，提出一种用于搭载在浮动平台上的多轴联动系统精度控制的反步-滑模控制器及控制方法，从而为具有此类特征及拓扑结构的 非线性动力学系统提供控制方法及控制器。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案包括以下步骤：

1)在浮动平台上搭载多轴联动系统，多轴联动系统具有用于共同实现所有有效载荷精确指向的正交的两个转动轴；

2)基于拉格朗日-麦克斯韦动力学方法建立多轴联动系统的机电耦合动力学模型，并将多轴联动系统机电耦合动力学模型写为状态方程；

3)结合搭载在浮动平台上的多轴联动系统在非典型力学工况下的力学行为要求，并根据步骤2)所得到的状态方程，设计用于多输入多输出系统的反步-滑模控制方法；

4)利用反步-滑模控制方法设计搭载在浮动平台上的多轴联动系统控制器，并采用半物理样机进行性能仿真。

所述步骤1)中，有效载荷为光学元器件或光电集成元器件。

所述步骤1)中，悬浮平台包括实验用模拟平台、舰船、航空设备或航天器。

所述步骤2)中，多轴联动系统机电耦合动力学模型为：