面向飞行仿真转台系统的干扰补偿方法的研究

摘要

飞行仿真转台是飞行器研制过程中进行地面半实物仿真的关键设备。存在许多不利于系统性能提高的因素。例如驱动元器件的驱动饱和、三轴之间的耦合干扰、外界的摩擦干扰力矩、电动机的启动波动力矩、当外界负载发生变化时给系统转动惯量带来的影响，它们都会严重影响飞行仿真转台的控制精度。设计一种能抑制干扰的控制策略对于飞行仿真转台的高性能的提高具有非常重要的意义。故本文针对系统中的干扰因素，设计了干扰观测器（disturbance observer，DOB）、模糊干扰观测器（fuzzy disturbance observer，FDOB）及基于有限时间收敛的新型快速滑模干扰观测器（novel fast sliding mode disturbance observer，NFSDOB）并对其进行了有效的估计与补偿。为了解决飞行仿真转台中系统存在的参数变化的问题，本文采用了基于名义模型的滑模控制策略。本文主要包括以下研究内容：
　　（1）以某UUT型立式飞行仿真转台为例，对飞行仿真转台系统的数学建模进行了研究，建立起特定条件下飞行仿真转台系统的二阶理想简化模型，并通过白噪声扫频获得幅频特性曲线，按二阶模型进行拟合，得到其参数。
　　（2）针对飞行仿真转台中的摩擦等干扰因素，在内回路中采用了干扰补偿环节，本章结合有限时间理念设计了NFSDOB，使得滑模干扰观测器能在有限时间内估计出干扰，最后进行了仿真验真，并与DOB、FDOD的观测结果进行了分析。
　　（3）针对高精度伺服系统参数变化的问题，设计了基于名义模型的全局滑模控制策略，并用饱和函数代替了切换函数进而达到减弱抖振的目的。该控制策略与传统PD控制进行了对比，仿真结果表明当参数变化时，基于名义模型的全局滑模控制策略具有很好的鲁棒性和较高的跟踪精度。
　　（4）在完成对某 UUT型立式三轴电动飞行仿真转台的实时操作平台的全面分析后，将本文所提的NFSDOB用于飞行仿真转台系统的内框上，通过实验验证所提方法的有效性。