申 帥, 張 葆, 李賢濤, 張士濤

(1.中國(guó)科學(xué)院 長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林 長(zhǎng)春 130033；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

基于偽微分和加速度反饋的航空光電穩(wěn)定平臺(tái)控制方法

申 帥1,2, 張 葆1*, 李賢濤1, 張士濤1,2

(1.中國(guó)科學(xué)院 長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林 長(zhǎng)春 130033；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

為了提高航空光電穩(wěn)定平臺(tái)的擾動(dòng)隔離度，在傳統(tǒng)平臺(tái)的電流反饋、速度反饋、位置反饋的基礎(chǔ)上增加了高增益加速度反饋，并利用偽微分反饋的控制技術(shù)設(shè)計(jì)出新的控制器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的速度反饋的PI控制器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在模擬轉(zhuǎn)臺(tái)以1°、0～2.5 Hz的正弦干擾下，相對(duì)于傳統(tǒng)的航空光電穩(wěn)定平臺(tái)，基于偽微分和加速度反饋控制的光電穩(wěn)定平臺(tái)的階躍響應(yīng)超調(diào)量減小了約7.8%，擾動(dòng)隔離度提高了約8.7 dB；相對(duì)于基于PI控制器和加速度反饋控制的航空光電穩(wěn)定平臺(tái)，基于偽微分和加速度反饋控制的光電穩(wěn)定平臺(tái)的階躍響應(yīng)超調(diào)量減小了約2.6%，且平臺(tái)的過(guò)渡過(guò)程加快。該控制系統(tǒng)能夠有效地抑制擾動(dòng)力矩的影響，具有較好的通用性和實(shí)用性。

擾動(dòng)隔離度；偽微分；加速度反饋；航空光電穩(wěn)定平臺(tái)

1 引 言

航空光電穩(wěn)定平臺(tái)具有多通道、多光譜的綜合探測(cè)及跟蹤能力。航空光電平臺(tái)一般采用兩軸兩框架結(jié)構(gòu)形式[1-2]，在其內(nèi)部搭載高精度成像系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的可見(jiàn)光、紅外光以及激光等多種光譜的探測(cè)、捕捉、處理和顯示，同時(shí)可以隔離成像系統(tǒng)與載體的擾動(dòng)，以確保光學(xué)傳感器的視軸指向能力保持在理想的范圍內(nèi)，從而完成對(duì)目標(biāo)的精確定位和穩(wěn)定跟蹤。因此，航空光電穩(wěn)定平臺(tái)在現(xiàn)代信息、武器等系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

航空光電穩(wěn)定平臺(tái)是將慣性原理應(yīng)用于導(dǎo)航、制導(dǎo)、測(cè)量等科技成果的核心部件，其主要作用是隔離載機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的擾動(dòng)，以保證平臺(tái)的視軸穩(wěn)定在慣性空間內(nèi)。視軸會(huì)受偵察機(jī)振動(dòng)、姿態(tài)變化以及大氣紊流等因素的影響，這些因素都將會(huì)直接導(dǎo)致視軸指向不穩(wěn)。此外，航空光電穩(wěn)定平臺(tái)工作過(guò)程中的啟動(dòng)、制動(dòng)要求超調(diào)量盡量不超過(guò)目標(biāo)值的20%，平臺(tái)需要較強(qiáng)的抗擾性，用以提高視軸穩(wěn)定的精度[3-4]。因而穩(wěn)定平臺(tái)的控制策略將直接影響到平臺(tái)系統(tǒng)的抗擾性。

隨著航空光電穩(wěn)定平臺(tái)研究的不斷深入，人們對(duì)平臺(tái)穩(wěn)定性指標(biāo)的要求也不斷提高。傳統(tǒng)的速度反饋系統(tǒng)是通過(guò)比例-積分-微分(PID)控制策略對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的，雖然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)，但已不能滿足當(dāng)代科技對(duì)平臺(tái)系統(tǒng)的高精度需求。在這樣的科技環(huán)境下，人們開(kāi)始提出各種系統(tǒng)控制策略，但由于參數(shù)整定或工程性差等，致使上述控制策略無(wú)法滿足平臺(tái)系統(tǒng)的需要。在速度環(huán)內(nèi)，電機(jī)相當(dāng)于一個(gè)積分環(huán)節(jié)，平臺(tái)的速度是電機(jī)輸出力矩在一段時(shí)間內(nèi)積累的結(jié)果，最理想的擾動(dòng)抑制方法是對(duì)擾動(dòng)的根源，即擾動(dòng)力矩或擾動(dòng)力矩產(chǎn)生的加速度進(jìn)行補(bǔ)償。在速度反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行閉環(huán)補(bǔ)償，對(duì)擾動(dòng)的抑制在時(shí)間上有一定的延遲，而且還伴隨著各種系統(tǒng)噪聲的積累。本文所提出的加速度反饋控制可以直接對(duì)擾動(dòng)力矩進(jìn)行衰減，且偽微分反饋控制(PDF控制)策略具有響應(yīng)速度快、超調(diào)小、抗擾性好等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在加速度反饋的基礎(chǔ)上結(jié)合PDF控制器實(shí)現(xiàn)的航空光電穩(wěn)定平臺(tái)控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和快速性都大大提高。

2 偽微分反饋控制

2.1 典型的偽微分反饋控制結(jié)構(gòu)

偽微分反饋控制策略是美國(guó)教授R.M.Phelan于1977年在《AutomaticControlSystems》一書(shū)中提出的，是一種實(shí)用性很強(qiáng)的控制理論，即利用反饋回路實(shí)現(xiàn)微分運(yùn)算，代替前向通路的微分運(yùn)算。目前，PDF控制方法在溫度、機(jī)器人控制和伺服控制等方面都得到了飛速發(fā)展[5]。

圖1 PI 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Structure diagram of PI controller

如果G(s)的實(shí)際模型為K/S，即比例和積分模型，則根據(jù)圖1可推導(dǎo)出系統(tǒng)的微分方程：

根據(jù)上述推導(dǎo)論述可以得出：平臺(tái)系統(tǒng)的前向通路中如果出現(xiàn)2種運(yùn)算，即比例運(yùn)算和積分運(yùn)算，則會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)受到輸入角速率微分項(xiàng)的影響；但是如果系統(tǒng)的前向通路中只采用積分運(yùn)算，不但可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為零，而且也可以消除系統(tǒng)微分項(xiàng)對(duì)電機(jī)的影響。根據(jù)傳統(tǒng)控制理論可以知道，如果前向通路中只采用積分運(yùn)算，雖然可以減小控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，但是系統(tǒng)的響應(yīng)速度會(huì)變慢，并且可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，甚至發(fā)散，這會(huì)影響系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性。因此，在前向通路積分運(yùn)算的基礎(chǔ)上，在反饋回路上實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出角速率ω0的微分運(yùn)算，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)反饋回路的微分運(yùn)算也能對(duì)系統(tǒng)速度的變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，使電機(jī)的調(diào)節(jié)作用具有預(yù)見(jiàn)性，在減小系統(tǒng)超調(diào)量的同時(shí)也減小了系統(tǒng)發(fā)生振蕩的可能性。

圖2 典型PDF控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 2 Structure diagram of classical PDF controller

圖2是典型的PDF控制系統(tǒng)速度反饋環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)圖。其中KI/S為速度反饋環(huán)節(jié)PDF控制器的積分控制，KP為速度反饋環(huán)節(jié)PDF控制器的比例控制，KDS為速度反饋環(huán)節(jié)PDF控制器的微分控制。

眾所周知，在控制領(lǐng)域微分器不可實(shí)現(xiàn)，而且航空光電穩(wěn)定平臺(tái)在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤定位時(shí)，往往對(duì)系統(tǒng)的快速性和實(shí)時(shí)性有較高要求，微分作用會(huì)放大系統(tǒng)的噪聲，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程，因而很少有系統(tǒng)采用微分控制策略進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)于PDF控制器，雖然微分作用在反饋回路中，但是微分控制對(duì)噪聲的敏感仍無(wú)法忽略，這使得一般的系統(tǒng)最終選擇無(wú)微分作用的PDF控制方式，這種簡(jiǎn)化的PDF控制系統(tǒng)的速度反饋環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖3。

圖3 簡(jiǎn)化的PDF控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 3 Structure diagram of the simplified PDF controller

如果G(s)的實(shí)際模型為K/S，則根據(jù)圖3可推導(dǎo)出系統(tǒng)的微分方程：

(2)

式中KI為控制器積分部分的系數(shù)。

圖3所示的PDF控制系統(tǒng)雖然沒(méi)有微分項(xiàng)對(duì)其直接進(jìn)行微分操作，但該P(yáng)DF控制系統(tǒng)從功能上實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出信號(hào)的微分運(yùn)算，因而將其稱作偽微分反饋。平臺(tái)利用PDF進(jìn)行系統(tǒng)控制后，從系統(tǒng)的微分方程中可以看出其等號(hào)右側(cè)只剩下對(duì)輸入信號(hào)的一項(xiàng)運(yùn)算，理論上其傳遞函數(shù)將減少一個(gè)零點(diǎn)。

2.2 簡(jiǎn)化PDF控制原理

如果G(s)的實(shí)際模型為K/S，則簡(jiǎn)化的PDF控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)GPDF為:

可以看出，簡(jiǎn)化的PDF控制方式不會(huì)使系統(tǒng)引入額外的零點(diǎn)。如果從時(shí)域的角度對(duì)零點(diǎn)進(jìn)行分析，則可以發(fā)現(xiàn)零點(diǎn)是通過(guò)改變時(shí)域方程的指數(shù)項(xiàng)系數(shù)來(lái)影響系統(tǒng)傳遞函數(shù)的。根據(jù)經(jīng)典的控制理論可知，當(dāng)系統(tǒng)的零點(diǎn)與其極點(diǎn)相距較遠(yuǎn)時(shí)，系統(tǒng)可以忽略零點(diǎn)帶來(lái)的影響。但是，當(dāng)系統(tǒng)的零極點(diǎn)值比較接近時(shí)，系統(tǒng)的超調(diào)量就會(huì)大幅增加[6-7]，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3 PDF控制存在的問(wèn)題

相對(duì)于傳統(tǒng)的PI控制，PDF控制在超調(diào)量、快速性等方面都具有一定程度的改善，但其與傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)一樣，電機(jī)在速度反饋環(huán)節(jié)內(nèi)的作用相當(dāng)于一個(gè)理想的積分環(huán)節(jié)，在擾動(dòng)抑制方面相當(dāng)于直接對(duì)速度進(jìn)行操作。而速度是力矩產(chǎn)生的加速度經(jīng)過(guò)一定時(shí)間積累而成的，對(duì)速度進(jìn)行操作相對(duì)于對(duì)擾動(dòng)力矩進(jìn)行操作，這不僅在時(shí)間上有了一定的延遲，而且還會(huì)伴隨著各種系統(tǒng)噪聲的積累。由此可見(jiàn)，采用速度反饋克服系統(tǒng)干擾其實(shí)是存在較大問(wèn)題的。

根據(jù)力矩和加速度的關(guān)系可知，當(dāng)平臺(tái)各部件確定后，他們的質(zhì)量是一定的，因而力矩與加速度之間為線性關(guān)系，對(duì)加速度進(jìn)行操作相當(dāng)于直接從力矩的角度對(duì)干擾進(jìn)行衰減。因此，如果直接從加速度的角度對(duì)干擾力矩進(jìn)行衰減，那么就可以在很大程度上克服力矩的干擾，而且殘余的干擾力矩還會(huì)經(jīng)過(guò)外層PDF控制器調(diào)控的速度反饋環(huán)節(jié)，這樣經(jīng)過(guò)層層衰減后，目標(biāo)信號(hào)所受到的干擾基本上可以忽略不計(jì)[8]，從而提高了平臺(tái)的擾動(dòng)抑制能力。

3 加速度反饋與PDF控制

3.1 加速度反饋的基本原理

將加速度反饋環(huán)節(jié)引入到PDF控制的航空光電穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)后，系統(tǒng)的原理框圖(在這里沒(méi)有畫(huà)出位置環(huán))如圖4所示。其中，GI為速度環(huán)PDF控制器的積分部分，GP為速度環(huán)PDF控制器的比例部分，ai為輸入角加速度，GA為加速度反饋環(huán)節(jié)的控制器，K為加速度反饋環(huán)節(jié)的被控模型，aD為電機(jī)力矩產(chǎn)生的加速度。

圖4 引入加速度反饋閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)Fig. 4 Structure diagram of the speed regulating system with acceleration loop

在圖4中，擾動(dòng)加速度是由擾動(dòng)力矩產(chǎn)生的，如果平臺(tái)的質(zhì)量是確定的，那么擾動(dòng)力矩就會(huì)在平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生隨外部環(huán)境實(shí)時(shí)變化的擾動(dòng)加速度。對(duì)于航空光電穩(wěn)定平臺(tái)來(lái)說(shuō)，擾動(dòng)力矩產(chǎn)生的擾動(dòng)加速度與輸出角速率的比值越小，平臺(tái)的抗擾性就會(huì)越高[9]。

3.2 對(duì)系統(tǒng)擾動(dòng)抑制的分析

將加速度反饋環(huán)節(jié)引入到PDF控制的航空光電穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)后，平臺(tái)的擾動(dòng)抑制能力大幅提升。

結(jié)合PDF控制和加速度反饋環(huán)節(jié)的航空光電穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)，在理想電流環(huán)[10-11]加持的情況下，速度反饋環(huán)節(jié)的簡(jiǎn)化框圖見(jiàn)圖4，擾動(dòng)加速度對(duì)系統(tǒng)輸出角速率的影響為:

式中，GA為加速度反饋環(huán)節(jié)的控制器。式(4)和(5)的特征方程滿足：

從式(6)可以看出，在高增益的加速度反饋環(huán)節(jié)下，擾動(dòng)加速度aL對(duì)速度波動(dòng)的影響明顯降低。

3.3 對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析

將加速度反饋環(huán)節(jié)引入到PDF控制的航空光電穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)后，閉環(huán)系統(tǒng)的輸出角速率為

因?yàn)榧铀俣确答伃h(huán)節(jié)采用的是高增益控制器[12-13]，故系統(tǒng)的特征方程為:

式(8)中速度反饋環(huán)節(jié)的控制器的GI和GP分別為純積分和純比例控制，加速度反饋環(huán)節(jié)的控制器GA采用比例和積分控制，則根據(jù)勞斯判據(jù)可知，由PDF和高增益的加速度反饋環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)控制的航空光電平臺(tái)控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的[14-15]。

將加速度反饋與PDF控制器相結(jié)合，在系統(tǒng)超調(diào)減小、過(guò)渡加快的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)擾動(dòng)力矩的直接衰減，從根源上對(duì)擾動(dòng)力矩進(jìn)行了抑制，這樣擾動(dòng)在經(jīng)過(guò)加速度反饋環(huán)節(jié)的衰減后，還會(huì)經(jīng)過(guò)外層PDF控制器調(diào)控的速度反饋環(huán)節(jié)，如果目標(biāo)信號(hào)是位置信息，則還會(huì)經(jīng)過(guò)位置反饋環(huán)節(jié)的衰減，這樣經(jīng)過(guò)一層一層的衰減后，擾動(dòng)力矩對(duì)目標(biāo)信號(hào)的干擾基本上可以忽略不計(jì)。

4 實(shí)驗(yàn)分析

為了對(duì)由PDF與加速度反饋相結(jié)合的航空光電穩(wěn)定平臺(tái)閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，將航空光電穩(wěn)定平臺(tái)安裝在模擬飛機(jī)姿態(tài)變化的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)如圖5所示。

圖5 模擬飛機(jī)姿態(tài)變化的搖擺臺(tái)Fig. 5 Swing table for simulation on aircraft attitude change

4.1 基于PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)速度反饋系統(tǒng)

在1°和0～2.5 Hz的正弦干擾下，將基于偽微分和加速度反饋控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)速度反饋系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制能力進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。表1為基于PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)速度反饋系統(tǒng)擾動(dòng)隔離度的提高程度。

表1 基于PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)速度反饋系統(tǒng)擾動(dòng)隔離度的提高程度Tab. 1 Improvement of disturbance isolation degree of the control system based on PDF and acceleration feedback relative to the traditional speed feedback system

在1°和2 Hz正弦干擾下，傳統(tǒng)的速度反饋系統(tǒng)與基于PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)的抗擾曲線如圖6所示。圖中的A曲線為傳統(tǒng)的速度反饋系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制曲線，B曲線為基于PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制曲線。從表1和圖6中可以看出，基于PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)速度反饋系統(tǒng)。

圖6 傳統(tǒng)速度反饋系統(tǒng)與基于PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)的抗擾曲線Fig. 6 Disturbance-rejection curves of traditional speed feedback system and control system based on PDF and acceleration feedback

在1°和2 Hz的正弦干擾下，傳統(tǒng)的速度反饋系統(tǒng)與基于PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖7所示。圖中的C曲線為傳統(tǒng)的速度反饋系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，D曲線為基于PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)。

圖7 傳統(tǒng)速度反饋系統(tǒng)與基于PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線Fig. 7 Step response curves of traditional speed feedback system and control system based on PDF and acceleration feedback

從圖7中看出，相對(duì)于傳統(tǒng)的速度反饋系統(tǒng)，基于PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)的超調(diào)量從24.6%減小到16.8%，減小了7.8%，且過(guò)渡過(guò)程變快，系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強(qiáng)。

4.2 基于PDF和加速度反饋控制與基于PI和加速度反饋控制的光電穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)

表2是基于PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)相對(duì)于基于PI和加速度反饋控制系統(tǒng)擾動(dòng)隔離度的提高程度。

表2 基于PDF的加速度反饋控制系統(tǒng)擾動(dòng)隔離度的提高程度(相對(duì)于基于PI)Tab. 2 Improvement of disturbance isolation degreebased on PDF relative to PI-based acceleration feedback control system

在1°和2 Hz的正弦干擾下，基于PI和加速度反饋控制系統(tǒng)與基于偽PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)的抗擾曲線如圖8所示。圖中的E曲線為基于PI和加速度反饋控制系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制曲線，B曲線為基于PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制曲線。

圖8 基于PI和加速度反饋控制系統(tǒng)與基于偽PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)的抗擾曲線Fig. 8 Disturbance-rejection curves of control system based on PI and acceleration feedback and control system based on PDF and acceleration feedback

圖9 基于PI和加速度反饋控制系統(tǒng)與基于偽PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)的階躍曲線Fig. 9 Step response curves of control system based on PI and acceleration feedback and control system based on PDF and acceleration feedback

在1°和2 Hz的正弦干擾下，基于PI和加速度反饋控制系統(tǒng)與基于偽PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)的階躍曲線如圖9所示。圖中給的F曲線為基于PI和加速度反饋控制系統(tǒng)的階躍曲線，D曲線為基于PDF和加速度反饋控制系統(tǒng)的階躍曲線。

綜合表2、圖8和圖9可以看出，相對(duì)于基于PI和加速度反饋控制的光電穩(wěn)定平臺(tái)，基于PDF和加速度反饋控制的航空光電穩(wěn)定平臺(tái)的超調(diào)量從19.4%減小到16.8%，減小了2.6%；雖然后者的階躍響應(yīng)速度不及前者，但其到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間要快于前者，且其抗干擾能力也有一定程度的提升?？梢?jiàn)，基于PDF和加速度反饋控制的航空光電穩(wěn)定平臺(tái)在超調(diào)、過(guò)渡和抗擾等方面均有較大程度提升。

5 結(jié) 論

隨著科技的進(jìn)步，對(duì)獲取目標(biāo)信息的精確度和穩(wěn)定性達(dá)了一個(gè)新高度。傳統(tǒng)PI控制模式下的速度反饋已經(jīng)無(wú)法滿足這一要求，因此,將偽微分和加速度反饋控制引入到航空光電穩(wěn)定平臺(tái)的控制系統(tǒng)中，進(jìn)一步增強(qiáng)了平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的跟蹤及定位能力，其穩(wěn)定性亦得以提高。

模擬飛機(jī)姿態(tài)變化的模擬轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)表明，在傳統(tǒng)航空光電穩(wěn)定平臺(tái)控制系統(tǒng)中引入偽微分和加速度反饋控制后，在平臺(tái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤及定位的過(guò)程中，其超調(diào)量由24.6%減小到16.8%；過(guò)渡過(guò)程加快；擾動(dòng)隔離度提高了約8.7 dB。擾動(dòng)抑制能力大大增強(qiáng)，從而使得平臺(tái)的視軸能更好地穩(wěn)定在慣性空間內(nèi)。

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Control scheme of aerial photoelectrical stabilized platform based onpseudo-derivative and acceleration feedback

SHEN Shuai1,2, ZHANG Bao1*, LI Xian-tao1, ZHANG Shi-tao1,2

(1.Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China)*Corresponding author, E-mail:cleresky@vip.sina.com

In order to improve the disturbance isolation degree of aerial photoelectrical stabilized platform, a new controller is designed to replace the traditional PI controller. The new controller utilizes the pseudo-derivative feedback (PDF) control technology and high-gain acceleration feedback based on current feedback, speed feedback and position feedback on the traditional platform. When flight simulator is influenced by 1 degree, 0-2.5 Hz sinusoidal interference, compared with the traditional aerial photoelectrical stabilized platform, the step response overshoot of the platform based on PDF and acceleration feedback system decreases by about 7.8%, and the disturbance isolation degree increases by about 8.7 dB. Besides, compared with the aerial photoelectrical stabilized platform based on PI controller and acceleration feedback control system, the step response overshoot of the platform based on PDF and acceleration feedback system can reduce by about 2.6%, and the transition process of the platform is faster. The control system can effectively restrain the influence from disturbance torque, and this makes the system more common and useful.

disturbance isolation degree;pseudo-derivative;acceleration feedback;aerial photoelectrical stabilized platform

2017-02-17；

2017-03-27

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目 (No.2013AA122102) Supported by National High-tech R&D Program of China (No. 2013AA122102)

2095-1531(2017)04-0491-08

TP273

A

10.3788/CO.20171004. 0491

申 帥(1991—)，男，河北保定人,碩士研究生，2014年于哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，主要從事航空光電穩(wěn)定平臺(tái)視軸穩(wěn)定方面的研究。E-mail: shenshuaiharry@163.com

張 葆(1966—)，男，吉林磐石人，研究員，博士生導(dǎo)師，1989年、1994年于長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院分別獲得學(xué)士、碩士學(xué)位，2004年于中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所獲得博士學(xué)位，主要從事航空光電成像技術(shù)方面的研究。E-mail: cleresky@vip.sina.com