[发明专利]一种基于加速度测量的低频段扰动抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于加速度测量的低频段扰动抑制方法。解决控制系统中存在外界低频扰动，加速度计在低频段存在大量漂移的环境下，控制方法难以进一步提升系统低频段的扰动抑制能力的问题。本发明提出在加速度、速度、位置三闭环的基础上，加入改进型扰动观测器结构及设计的专用前馈补偿控制器。本发明能消除加速度传感器漂移量的大部分影响，并将低频段的外界扰动量反相前馈到驱动回路，抵消外界扰动的影响，有效提升了系统低频段的扰动抑制能力。该方法从控制算法上对系统进行优化，无需外加传感器，节约成本且具有很好的实用性，易于工程实现，还适用于其他由于信噪比低存在大量漂移的传感器，用于抑制传感器漂移量的影响。

技术领域

本发明属于稳定控制领域，具体涉及一种基于加速度测量的低频段扰动抑制方法，主要用于隔离基座扰动，提升运动平台稳定设备的稳定精度。

背景技术

在控制系统中，系统的稳定精度会受到外界扰动的影响，如地面震动，空气流动引起的摄动导致的稳定平台震动。尤其是安装在如飞机，汽车，轮船上的稳定控制设备，会由于安装载体的不规则运动导致稳定平台存在大量宽频段扰动。由于安装载体受到扰动的影响，系统的稳定性能会大幅下降，会降低稳定精度，甚至失去稳定。在控制方法上，传统的控制系统稳定策略是采用多闭环控制，以MEMS加速度计，光纤陀螺和图像传感器CCD分别作为加速度、速度和位置传感器来获得稳定平台的动态数据，建立速度、位置双闭环或者加速度、速度、位置三闭环的控制回路来提升系统的稳定性和扰动抑制能力。在此基础上，文献《MEMS Inertial Sensors-Based Multi-Loop Control Enhanced by DisturbanceObservation and Compensation for Fast Steering Mirror System》(sensors，Vol(16)，2016)将传统扰动观测器引进到加速度环来进一步提升系统的扰动抑制能力。但是由于MEMS加速度计在低频段的低信噪比，会产生大量的噪声和漂移。传统扰动观测器的前馈补偿控制器在把扰动量前馈到驱动回路的过程中，会因为大量的漂移导致积分饱和，使得驱动机构运动到极限位置，造成系统失去稳定。为了避免积分饱和，其完全牺牲了低频段的扰动抑制能力的提升，只能提升系统中频段的扰动抑制能力。然而实际稳定系统中，外界扰动除了分布在中频段，低频段仍然存在大量的扰动，甚至影响会更大一些。为了克服MEMS加速度计低频段发生漂移带来的影响，进一步提升系统的低频扰动抑制能力，需要一种新的解决方案。

发明内容

针对控制系统的低频段扰动抑制能力不足，无法满足更高精度的稳定要求的问题，本发明提出了一种能有效提升系统低频段扰动抑制能力的控制方案。该发明在加速度、速度、位置三闭环的基础上，利用改进型扰动观测器控制结构和与之对应的专用前馈补偿控制器，有效提升了系统的漂移抑制能力，使得大量MEMS加速度计的漂移量被抑制。在漂移量被大量消除的基础上，积分饱和被有效避免，能将低频段的扰动量反相前馈到驱动回路抵消外界扰动，有效提升系统低频段的扰动抑制能力。

为实现本发明的目的，本发明提供一种基于加速度测量的低频段扰动抑制方法，具体实施步骤如下：

步骤(1)：在控制稳定平台的两偏转轴上分别安装陀螺和加速度计，用以分别敏感平台两轴在惯性空间运动的角速度和角加速度。这里的速度和加速度的采样频率一般较高，用以实现高带宽内环。将控制稳定平台的光信号送到图像传感器CCD，获得被控对象的位置信号，其采样频率较低；

步骤(2)：由于控制系统是一个线性系统，通过频率响应测试仪DSA可对平台的加速度频率对象特性进行测试。DSA输入为驱动器输入值，DSA输出为加速度计采样值。高采样率可获得较高精度的加速度对象模型

步骤(3)：在获取到对象模型基础上，设计加速度控制器C_a(s)实现加速度闭环，然后设计速度控制器C_v(s)实现速度反馈闭环，最后设计位置控制器C_p(s)和位置闭环，这样就实现了传统的三环闭环控制；