[发明专利]一种基于惯性回路的窄带大幅值扰动抑制方法

权利要求书

1.一种基于惯性回路的窄带大幅值扰动抑制方法，其特征在于：其具体实施步骤如下：

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；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；

步骤(2)：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输入为控制器输出值，DSA输出为加速度计采样值，从而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；

步骤(4)：在加速环内添加被控对象的数学模型是控制稳定平台的测量对象模型，是真实对象模型G_a(s)的高精度逼近，加速度计输出还包含了外界扰动的影响，将加速度计输出量与数学模型输出量做差，得到的差值被认为是观测到的外界扰动量的估计量；

步骤(5)：进行基于惯性回路加速度环扰动观测器的前馈补偿控制器C_f(s)的稳定性分析，得到的约束条件用来约束其参数设计；

步骤(6)：在特定的外界环境中，外界扰动量可以直接测量的情况下，使用另外的加速度计对扰动量进行一段时间的测量，对测量结果进行快速傅立叶变换(FFT)处理，得到外界扰动量的幅值频率图；

步骤(7)：对外界扰动量的幅值频率图进行分析，得到窄带大幅值外界扰动的主频率分布点ω_i，以主频率点ω_i作为参数之一，设计陷波器T(s)；

步骤(8)：根据设计的陷波器T(s)和稳定性约束条件，进一步设计基于惯性回路加速度环扰动观测器的前馈补偿控制器C_f(s)；所述的基于惯性回路加速度环扰动观测器的前馈补偿控制器C_f(s)初步设计如下：

其中为加速环被控对象的数学模型的逆；

再根据所述的加速环被控对象的数学模型有纯微分环节存在，和所述的基于惯性回路加速度环扰动观测器的前馈补偿控制器C_f(s)的稳定性约束条件，将上式中的积分环节全部替换为一阶惯性环节，最终设计前馈补偿控制器C_f(s)如下：

其中n为值较小的正常数，可以保证系统的稳定性；

步骤(9)：在加速度、速度、位置三闭环的基础上，使用基于惯性回路的窄带大幅值扰动抑制方法设计的前馈补偿控制器C_f(s)，实现对外界窄带大幅值扰动的有效抑制。

2.根据权利要求1所述的一种基于惯性回路的窄带大幅值扰动抑制方法，其特征在于：步骤(4)中加速环被控对象的数学模型有纯微分环节存在如下：

其中s²为两个纯微分环节组成的双微分环节，K为比例常数，ω_n为二阶震荡环节的无阻尼固有频率，ζ二阶震荡环节的阻尼比，T_e为一阶惯性环节的常数。

3.根据权利要求2所述的一种基于惯性回路的窄带大幅值扰动抑制方法，其特征在于：步骤(5)中基于惯性回路加速度环扰动观测器的前馈补偿控制器C_f(s)的稳定性约束条件如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于惯性回路的窄带大幅值扰动抑制方法，其特征在于：步骤(6)中特定工作环境是指控制系统稳定平台用于车载，舰载和机载等运动平台上时的工作环境，此时运动平台受到大量地面震动扰动和流体运动扰动，其特点是扰动量主要分布在特定的频率段；使用另外的惯性加速度传感器采集扰动环境下的时域数据，对其进行快速傅立叶变换(FFT)处理，可以得到外界扰动的幅值-频率分布图，根据结果中大幅值扰动对应的频率点来确定外界扰动的主频率分布。