[发明专利]一种基于惯性回路的窄带大幅值扰动抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于惯性回路的窄带大幅值扰动抑制方法，用于针对控制系统稳定平台存在窄带大幅值外界扰动时，无法满足更高精度稳定控制系统需求的问题。本方法在多闭环控制基础上，基于惯性回路提出了窄带大幅值扰动抑制方法。本发明先从系统稳定性出发对前馈补偿控制器设计提出稳定性约束，在保证系统稳定性的基础上从陷波器出发设计，结合扰动观测器方法，提出针对外界窄带大幅值扰动的前馈补偿控制器设计方案，最终达到有效抑制外界窄带大幅值扰动的目的，保证了系统的稳定性的同时有效提升了控制系统稳定精度。

技术领域

本发明属于稳定控制领域，具体的涉及一种基于惯性回路的窄带大幅值扰动抑制方法，主要用于有效抑制外界窄带大幅值扰动，进一步提升运动平台稳定设备的稳定性能。

背景技术

在控制设备中，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，轮船等运动平台上的稳定设备，会由于安装载体的不规则运动导致稳定平台受到大量扰动。在某些特定情况下，如稳定平台位于运动平台上时，外界的扰动量是可以被传感器直接测量的，且往往存在有窄带大幅值的外界扰动。极大地降低了系统的稳定精度。在传统控制方法的控制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 Disturbance Observation and Compensationfor Fast Steering Mirror System》(sensors，Vol(16)，2016)将传统扰动观测器引进到加速度环，基于惯性回路进一步提升了系统的扰动抑制能力。但是并不能针对性地抑制窄带大幅值的外界扰动，使得实际的扰动抑制效果粗糙低效。为了针对性抑制窄带大幅值的外界扰动，提升系统的稳定精度，需要提出具有针对性的基于惯性回路的窄带大幅值扰动抑制方法。

发明内容

为有效提高稳定平台的稳定精度，满足更高精度的稳定控制需求，本发明提出了一种基于惯性回路的窄带大幅值扰动抑制方法，本方法对可测量的外界扰动进行测量并进行频域分析，得到外界窄带大幅值扰动的特征信息，然后在加速度、速度、位置三环闭环后，在惯性回路加速度环根据陷波器设计得到扰动观测器的前馈补偿控制器，根据数学推算和实验验证，本发明能在保证系统稳定性的基础上，有效抑制外界窄带大幅值扰动，提升系统的稳定精度。

为实现本发明的目的，本发明提供一种基于惯性回路的窄带大幅值扰动抑制方法，其方法步骤如下：

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；

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；

其中，加速环被控对象的数学模型有纯微分环节存在如下：