[发明专利]一种基于角加速度的惯性稳定平台干扰观测器设计方法

摘要

一种基于角加速度的惯性稳定平台干扰观测器设计方法，基于传统三环PID复合控制系统结构，根据电流传感器、各框架速率陀螺实时测出的电流信息以及各框架角速度信息，估算出稳定平台各框架所受到的干扰力矩，然后计算出抵消此干扰力矩所需的力矩电机电流值，并将此电流值补偿到电流环的电流给定输入值中，使电机输出与干扰力矩大小相等、方向相反的力矩，补偿平台干扰力矩干扰，提高平台稳定精度。本发明实现了干扰力矩的实时估算与补偿，提高了稳定精度，适用于具有干扰力矩的航空遥感惯性稳定平台。

主权项

1.一种基于角加速度的惯性稳定平台干扰观测器设计方法，其特征在于:基于传统三环PID复合控制系统结构，根据电流传感器、各框架速率陀螺测量值估算各框架干扰力矩值，进一步计算补偿电流值，具体包括以下步骤：（1）建立航空遥感三轴惯性稳定平台三环PID复合控制系统，分为如下三个步骤：①建立电流环PID反馈回路；稳定环回路的输出作为电流环回路的电流给定值I_set，电机功率驱动电路中的电流传感器输出框架电机电流值作为电流环回路的电流反馈值I_fb，二者的误差值作为电流环PID控制器的输入，电流环PID控制器输出值作为输入框架电机电压值使框架电机产生相应的电流值；②建立稳定环PID反馈回路；跟踪环回路的输出作为稳定环回路的角速度给定ω_set，安装于各框架上的速率陀螺测量各框架角速度反馈值ω_fb，二者的误差值作为稳定环PID控制器的输入，稳定环PID控制器输出值作为电流环电流给定值I_set，驱动框架以给定的角速度转动；③建立跟踪环PID反馈回路；跟踪环回路分两种模式，自主工作模式和与POS组合工作模式。自主工作模式以加速度计作为测量元件测量位置反馈值θ_fb，与POS组合工作模式以POS输出的姿态信息作为位置反馈值θ_fb，自主工作模式位置设定值为0，即使平台保持当地水平，与POS组合工作模式由上位机设定位置设定值θ_set，设定值与反馈值二者的误差值作为跟踪环PID控制器的输入，跟踪环PID控制器输出值作为稳定环角速度给定值，驱动框架转动到指定的角度；（2）利用各框架电机驱动电路板上的电流传感器测量横滚框电机电流值I_x、俯仰框电机电流值I_y和方位框电机电流I_z；利用安装于各框架上的速率陀螺测量横滚框架角速度ω_x、俯仰框架角速度ω_y和方位框架角速度ω_z；（3）根据步骤（2）中速率陀螺测量值横滚框架角速度ω_x、俯仰框架角速度ω_y和方位框架角速度ω_z，利用卡尔曼滤波以及跟踪-微分器估算出各框架的角加速度信息横滚框架角加速度俯仰框架角加速度和方位框架角加速度（4）根据步骤（2）、步骤（3）中直接测量值I_x、I_y、I_z和间接计算值计算横滚框干扰力矩值M_{d_x}、俯仰框干扰力矩值M_{d_y}以及方位框干扰力矩值M_{d_z}；（5）根据步骤（4）中计算得到的各框架干扰力矩值M_{d_x}、M_{d_y}和M_{d_z}，进一步计算出抵消各框架干扰力矩所需的力矩电机电流值I_{com_x}、I_{com_y}和I_{com_z}，并将计算出的电流值补偿到电流环的电流给定输入值中，电机输出与干扰力矩大小相等、方向相反的力矩，补偿惯性稳定平台干扰力矩。