三轴转台的先进PID控制

摘要

三轴转台是用来测试惯导元件的一种半实物仿真设备。随着对其测试的惯导元件的工作精度要求不断提高，对三轴转台的性能指标要求也越来越高。如何克服三轴转台在运动中由于非线性耦合、扰动产生的误差是目前三轴转台控制的难点之一。本文以某型三轴转台为研究对象，研究利用先进PID控制策略减小非线性耦合和扰动，提高控制精度。 运用旋转投影变换矩阵来描述各构件之间的空间关系，在此基础上建立系统运动坐标系。并根据多刚体系统动力学理论和第二类拉格朗日方程建立三轴转台的动力学模型。 由于三轴转台运动中非线性耦合和扰动是影响其控制精度的主要因素，运用经典控制理论设计的系统进行控制难以取得满意的效果。为此对基于模糊控制、鲁棒控制与PID控制相结合的先进PID控制策略进行了研究。模糊PID控制主要将模糊控制理论与普通PID控制相结合，利用专家系统对三轴转台进行实时控制，在线调整PID控制器的三个参数，以减小非线性耦合和扰动带来的误差。鲁棒PID控制主要是将鲁棒控制理论与普通PID控制相结合，在控制器中引入与不确定性参数对应的PID参数，通过实时修正PID参数来保证整个闭环系统的动态品质。但是鲁棒PID控制对输入信号和控制中的非线性扰动和误差有一定的要求。在MATLAB/simulink环境下进行仿真，结果表明以上两种控制算法的有效性。 进行了单轴模糊PI控制转速试验。利用基于DSP的ICETEK-F2812-ACM电机拖动实验平台进行了单轴模糊PI控制转速实验，编制了模糊PI控制程序，并对实验数据进行了分析。实验证明：模糊PID控制比传统PID控制具有良好的控制效果。