多轴卫星天线跟踪平台解耦控制方法的研究

摘要

多轴卫星天线跟踪平台系统在惯性导航方面起着十分重要的作用，现在已经在军用和民用产品中推广应用。随着国防科技事业的不断发展，人们对惯性器件和惯性导航系统精度要求变得越来越高，对多轴跟踪平台精度测试设备的要求也水涨船高。本文将以舰载多轴卫星天线跟踪平台为研究主体，对跟踪平台三个框架进行建模，对跟踪平台轴间耦合问题进行分析，研究推导出解耦控制算法和控制律，配以仿真软件对动力学模型和解耦控制方法进行验证和评价。
　　首先，通过查阅大量文献对跟踪平台系统的背景进行分析介绍，其中，先对解耦控制方法在国内外发展现状做了详细的介绍，然后，结合本论文研究需要，对解耦控制的意义及在各方面的应用进行简要阐明。
　　其次，对跟踪平台的电机系统进行了简介，推导出了电机的简化模型。再由推导出的电机模型，根据多轴卫星跟踪平台的工作方式，利用动力学欧拉方程推导出了多轴跟踪平台除极化轴外三个框架的动力学方程，并得出多轴跟踪平台系统的综合状态方程。之后，根据多轴跟踪系统的动力学模型推导得出每个框架的重心的位置和重力的大小、以及惯量矩阵的综合辨识算法。通过仿真证实了所建模型的准确性，所设计辨识方法的可应用性。
　　然后，通过得出的多轴跟踪平台系统三轴系统框架和一个极化轴的动力学建模的结果设计了几种解耦控制算法。第一种是基于逆系统的理论证明了系统的可解耦性，配合动力学模型及拉格朗日方程得出的解耦控制方法，仿真结果表明系统是可解耦的。第二种根据推导得出的多轴跟踪平台的动力学方程，直接利用非线性反馈的原理，使系统达到解耦的要求。第三种是改进的基于李雅普诺夫函数的解耦方法，设计出让角速度趋于常值，角加速度趋于零的一种解耦控制方法，使其能够集解耦性及鲁棒性于一身的一种广泛应用于工程实践的解耦控制方法。通过仿真证实了所设计解耦控制方法的正确性。
　　最后，根据系统稳定裕度在多变量系统中常见的几种方法，结合由上文推导出的动力学模型设计出的解耦控制方法以及跟踪平台系统的强非线性特性，研究了一种适用于工程实践的稳定裕度方法—基于回差矩阵奇异值的稳定裕度计算方法。并通过对三种解耦控制方法稳定裕度的数值比较及分析来得出结论，通过仿真证实所设计解耦控制方法的有效性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1课题研究的背景

1.2国内外发展现状

1.3论文研究内容

第2章 跟踪平台解耦控制系统基本原理

2.1多轴框架总体方案介绍

2.2天线框架主要技术问题

2.3解耦控制系统的相关概念

2.4本章小结

第3章 多轴天线跟踪平台的动力学建模

3.1电机系统的建模

3. 2三个系统框架的动力学建模

3.3三个框架的状态方程综合

3.4不同框架间动力学模型验证

3.5本章小结

第4章 多轴天线跟踪平台框架参数辨识

4.1静态辨识

4.2.三个框架分别动态辨识

4.3三个框架的综合动态辨识

4.4本章小结

第5章 多轴天线跟踪平台的解耦控制方法的研究

5.1 基于逆系统的非线性解耦方法

5.2 非线性反馈解耦控制

5.3 基于李亚普诺夫函数的非线性反馈控制

5.4 本章小结

第6章 几种解耦控制方法的稳定裕度评价

6.1稳定性是评价控制系统的重要评价标准

6.2一种基于回差奇异值的稳定裕度求法

6.3几种解耦方法稳定裕度比较

6.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文和取得的科研成果

致谢