受控化發(fā)射平臺的自適應魯棒輸出反饋控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于機電伺服控制技術領域，特別是一種受控化發(fā)射平臺的自適應魯椿輸 出反饋控制方法。
【背景技術】
[0002] 受控化發(fā)射平臺廣泛用于防空武器當中，其由方位框架和俯仰框架兩部分構成， 兩者的數(shù)學模型基本一致，因此可方位伺服系統(tǒng)為對象進行控制器的設計和仿真研 究。當受控化發(fā)射平臺方位框架和俯仰框架兩部分同時運動時，會因巧螺效應而產(chǎn)生禪合 干擾力矩，從而給系統(tǒng)的控制性能造成一定的影響。
[0003] 針對受控化發(fā)射平臺的控制問題，許多方法相繼被提出。其中自適應魯椿控制 (ARC)W其自身對不確定參數(shù)和常值干擾的自適應和對時變干擾的魯椿性及能夠獲得漸 近跟蹤的穩(wěn)態(tài)性能的優(yōu)點，使其成為設計受控化發(fā)射平臺控制器的較佳方法。雖然自適應 魯椿控制方法可W通過對不確定參數(shù)和常值干擾的自適應和對時變干擾的魯椿性來提高 系統(tǒng)的控制性能，但在傳統(tǒng)的自適應魯椿控制器設計和實際應用中常需用到系統(tǒng)的速度信 號，而速度信號往往不易從傳感器獲取。傳統(tǒng)的做法是對位置信號進行微分得到速度值。但 是由于位置信號存在測量噪聲，經(jīng)過微分后得到的速度信號往往會放大測量噪聲，使得該 信號不理想甚至不可用。如先用濾波器對位置信號進行濾波處理，會導致信號延時，使得采 集到的位置信號不是實時信號。因而傳統(tǒng)的自適應魯椿控制方法具有很大的工程局限性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種受控化發(fā)射平臺的自適應魯椿輸出反饋控制方法。
[0005] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種基于輸出反饋的自適應魯椿控制方法， 包括W下步驟：
[0006] 步驟1，建立受控化發(fā)射平臺的數(shù)學模型；
[0007] 步驟2,設計輸出反饋的自適應魯椿控制器；
[0008] 步驟3,輸出反饋的自適應魯椿控制器的穩(wěn)定性測試。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點是；（1)本發(fā)明利用高階滑模觀測器有效地 觀測了系統(tǒng)速度量，從而解決了傳統(tǒng)ARC控制方法所存在的所需系統(tǒng)速度量不易獲取的問 題，保證了受控化發(fā)射平臺優(yōu)良的控制性能；(2)本發(fā)明對受控化發(fā)射平臺框架間禪合系 數(shù)進行估計，有效地補償了受控化發(fā)射平臺框架間禪合干擾力矩；（3)本發(fā)明采用自適應 的控制方法，使得不需要準確獲得系統(tǒng)的參數(shù)情況，更利于在實際的工程運用；(4)本發(fā)明 將魯椿控制方法與自適應控制方法結合，使得控制器能夠處理系統(tǒng)的未知干擾，增加了控 制器的魯椿性。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的受控化發(fā)射平臺的自適應魯椿輸出反饋控制方法流程圖。
[0011] 圖2是本發(fā)明的受控化發(fā)射平臺的原理圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明的輸出反饋自適應魯椿控制方法原理示意圖。
[001引圖4為本發(fā)明實施例中系統(tǒng)干擾為f(t) = 0.lsin(3Tt) (N-m)時輸出反饋ARC控制器作用下系統(tǒng)輸出對期望指令的跟蹤過程圖。
[0014]圖5為本發(fā)明實施例中系統(tǒng)干擾為f(t) = 0.lsin(3it) (N-m)時輸出反饋ARC 控制器作用下系統(tǒng)的跟蹤誤差隨時間變化的曲線圖。
[001引圖6為本發(fā)明實施例中系統(tǒng)干擾為f(t) = 0.Isin(311)(N?m)時高階滑模觀測 器對X,的估計曲線圖。
[0016] 圖7為本發(fā)明實施例中系統(tǒng)干擾為f(t) = 0.Isin(311)(N?m)時高階滑模觀測 器對X,的估計誤差曲線圖。
[0017] 圖8為本發(fā)明實施例中系統(tǒng)干擾為f(t) = 0.lsin(3it) (N-m)時輸出反饋ARC 控制器作用下受控化發(fā)射平臺控制輸入隨時間變化的曲線圖。
[001引圖9為本發(fā)明實施例中系統(tǒng)干擾為f(t) = 0.lsin(3it) (N-m)時輸出反饋ARC控制器和傳統(tǒng)ARC控制器及PID控制器作用下系統(tǒng)的跟蹤誤差對比曲線圖。
[0019] 圖10為本發(fā)明實施例中系統(tǒng)干擾為f(t) = 0.lsin(3Tt)(N?m)時輸出反饋ARC 控制器83估計值隨時間變化的曲線圖。
[0020] 圖11為本發(fā)明實施例中系統(tǒng)干擾為f(t) = 0.Isin(31t)(N?m)時輸出反饋ARC 控制器04估計值隨時間變化的曲線圖。
[002。 圖12為本發(fā)明實施例中系統(tǒng)干擾為f(t) = 0. 1sin(311)(N?m)時輸出反饋ARC控制器e。估計值隨時間變化的曲線圖。
【具體實施方式】
[0022] 結合圖1，本發(fā)明受控化發(fā)射平臺的輸出反饋自適應魯椿控制控制方法，包括W下 步驟：
[0023] 步驟1，建立受控化發(fā)射平臺的數(shù)學模型，具體如下：
[0024] 步驟1-1，如圖2所示，本發(fā)明的受控化發(fā)射平臺由方位框架和俯仰框架兩部分構 成，兩者的數(shù)學模型一致，因此可方位框架伺服系統(tǒng)為對象進行控制器的設計和仿真 研究。本受控化發(fā)射平臺通過配有電氣驅(qū)動器的永磁直流電機驅(qū)動兩方向的慣性負載?？?慮到電磁時間常數(shù)比機械時間常數(shù)小得多，且電流環(huán)響應速度遠大于速度環(huán)和位置環(huán)的響 應速度，故將電流環(huán)近似為比例環(huán)節(jié)；
[0025]因此，W受控化發(fā)射平臺方位框架伺服系統(tǒng)為對象，根據(jù)牛頓第二定律，受控化發(fā) 射平臺方位框架的運動方程為：
[002引
（1)
[0027]式（1)中J為電機輸出端的慣性負載參數(shù)，ku為電機輸出端的電壓力矩放大系數(shù)，B為電機輸出端的粘性摩擦系數(shù)，屯為常值干擾，，/'(/，>'，>')是其他未建模干擾，W、心為俯仰 框架伺服系統(tǒng)的角速度和角加速度，Cl、C2是對應于W、W的框架間禪合的禪合系數(shù)，y為慣 性負載的位移，少為慣性負載的加速度，U為系統(tǒng)的控制輸入，t為時間變量；
[002引步驟1-2定義狀態(tài)變量；.r=[.r,，.r::f=k，小，則式（1)運動方程轉(zhuǎn)化為狀態(tài)方 程：
[0032]式（2)中，其中
均為緩變量，即系統(tǒng)各參 數(shù)J、ku、B、屯、Cl、C2為隨時間緩變或者不變的物理量，滿足：
[003引
（3)
[0034] 其中，J、ku、B的名義值已知，dn、Ci、C2為未知量，W、心為隨時間變化的已知量。并 且，系統(tǒng)各參數(shù)屯、Cl、C2的上下界已知，即；
[003引 0GQg= {目：目m化<目<目maxi(4)
[0036]其中，Qe為0的取值范圍，定義0 = [e3,日4,日5]T，日mh=[日3mi。，日4mi。，日5mJ Tq二「A A A 1T ，口max一L口 3max, 口 4max, 口日max」；
[0037]
;系統(tǒng)建模偏差，包括外負載干擾、未建模摩擦、未建模動態(tài)、系 統(tǒng)實際參數(shù)與建模參數(shù)的偏離造成的干擾，亦r，。為隨時間變化的未知量，即含Cr，/) *0，并 且上界已知，即；|4.r，/)|<5，5為系統(tǒng)偏差上界，為一已知正常數(shù)；
[00測f(t，X。X2)即為上述Xi表示慣性負載的位移，X2表示慣性負載的速度。
[0039] 步驟2,設計輸出反饋自適應魯椿控制器，具體如下：
[0040] 步驟2-1，式似轉(zhuǎn)化為>=乂>'?+公"+妨(/).y=Cx的形式有；
[0041]
[0042] 因，日3、日4、日日、W、如、為.J'.，/)均有界，定義公(/)二0.3 -04-臺5沁-為.,1:.，句，則Db) 也有界，其上界設為D，則針對受控化發(fā)射平臺設計高階滑模觀測器：
[0047]該高階滑模觀測器由Luenberger觀測器和魯椿精確微分器兩部分組成，公式化） 為Luenberger觀測器，公式（8)為魯椿精確微分器，其中，V為魯椿精確微分器內(nèi)部動態(tài)向 量，V= [v^V2]t，《 = 《2]哺[巧，分別為Luenberger觀測器和高階滑模觀測 器對系統(tǒng)狀態(tài)X= [X。X2]t的估計，L= [1。l2]T為Luenberger觀測器可調(diào)參數(shù)，P為一個 2X2的矩陣；
[0048]
[0049] 該觀測器在全局內(nèi)狀態(tài)觀測誤差有界，即存在一時刻t。，t。之后有狀態(tài)估計誤差 Z二是一尤二0;
[0050] 其中1。12的取值要使矩陣（9)的特征值小于零；I'Ui-巧，I')表達式如（10)所 示；
[0054]其中，VI，V2為魯椿精確微分器內(nèi)部動態(tài)，M為魯椿精確微分器參數(shù)，M取值應大于 等于D，a1、a2為魯椿精確微分器參數(shù)，均為正數(shù)。
[00巧]步驟2-2,對于自適應控制，為了避免系統(tǒng)不確定性參數(shù)的自適應過程有發(fā)散的 危險，給參數(shù)自適應過程添加不連續(xù)映射