前饋控制在飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)中的應(yīng)用.pdf

1、飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)是一類在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中再現(xiàn)飛行器或者導(dǎo)彈飛行姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)的半實(shí)物仿真的得力工具，它同目標(biāo)發(fā)生裝置配合使用能夠模擬出導(dǎo)彈跟蹤目標(biāo)的整個(gè)過程，并且它能夠有效地模擬飛行器或者導(dǎo)彈等在空間的種種運(yùn)動(dòng)姿態(tài)以及動(dòng)力學(xué)特性。因此可以測試并評(píng)價(jià)它的控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)或者傳感器件等一些硬件設(shè)備的性能，為飛行器的研制、改進(jìn)以及再設(shè)計(jì)提供較為可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的控制效果對(duì)半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果起著至關(guān)重要的作用。但是被控對(duì)象受一定的

2、非線性及外界干擾的影響，系統(tǒng)跟蹤精度很難提高。且跟蹤頻帶較窄，對(duì)高動(dòng)態(tài)目標(biāo)難以進(jìn)行有效的跟蹤。前饋控制則可以很好地拓寬系統(tǒng)的跟蹤頻帶，并且能夠明顯地提升系統(tǒng)跟蹤精度。本文也旨在解決這種問題主要做了以下研究：
　　1）針對(duì)某UUT型立式三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)，先從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度分析，構(gòu)建了轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)將模型進(jìn)行一系列的化簡，將其化簡為一種二階環(huán)節(jié)。最后，考慮到在實(shí)際對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)控制器時(shí)，存在自身以及外界因素對(duì)被控對(duì)象的干擾

3、，通過加入干擾觀測器（DOB）對(duì)未知干擾進(jìn)行有效地估計(jì)與補(bǔ)償。
　　2）數(shù)字前饋的設(shè)計(jì)思路就是根據(jù)位置指令信號(hào)經(jīng)過微分來獲取速度指令信號(hào)以及加速度指令信號(hào)，并把它們乘以相對(duì)應(yīng)的常系數(shù)加入到控制系統(tǒng)當(dāng)中。這種微分估計(jì)手段擁有對(duì)信號(hào)的畸變不敏感的特點(diǎn)，采用這種控制手段能夠有效地防止因指令發(fā)生畸變而產(chǎn)生的不良反應(yīng)，進(jìn)而能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文針對(duì)數(shù)字前饋提出了以下控制策略：
　　（1）將改進(jìn)型近似微分器應(yīng)用于前饋控制當(dāng)中，并且給

4、出了給定參數(shù)的整定條件。改進(jìn)型近似微分器可以較為精確地獲取信號(hào)的速度信號(hào)與加速度信號(hào)，且對(duì)噪聲具有一定的抑制能力，避免了傳統(tǒng)差分法放大噪聲的弊端。并使其跟基于DOB的閉環(huán)控制策略、DOB+傳統(tǒng)差分復(fù)合控制策略以及DOB+改良差分復(fù)合控制策略進(jìn)行仿真比較，其仿真結(jié)果顯示DOB+改進(jìn)型近似微分復(fù)合控制策略具有很好的跟蹤控制效果并且具有較強(qiáng)的魯棒性，在拓寬系統(tǒng)頻帶的同時(shí)，也保護(hù)了飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該方法結(jié)構(gòu)簡單，便于工程實(shí)現(xiàn)，擁有一定的

5、實(shí)際使用價(jià)值。
　?。?）針對(duì)反正切跟蹤微分器存在整定參數(shù)困難和在平衡點(diǎn)附近收斂慢等問題，設(shè)計(jì)了一種快速收斂的反正切跟蹤微分器。在反正切函數(shù)中加入了線性函數(shù)以及終端吸引子函數(shù)來設(shè)計(jì)出快速反正切跟蹤微分器，并且證明了它的穩(wěn)定性，令系統(tǒng)當(dāng)遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)以及接近平衡點(diǎn)時(shí)都可以迅速且穩(wěn)定地收斂至平衡點(diǎn)。這種結(jié)合線性與非線性的連續(xù)函數(shù)形式，提高了系統(tǒng)的跟蹤能力，并且有效地抑制了噪聲，能夠完成對(duì)信號(hào)快速而精確的微分以及跟蹤，仿真結(jié)果顯示快速反正切

6、跟蹤微分器有一定的優(yōu)越性。將其應(yīng)用于飛行轉(zhuǎn)臺(tái)上，其仿真結(jié)果顯示出所采用的快速反正切跟蹤微分器復(fù)合控制具有很好的控制效果。
　　3）以某UUT型立式三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)為例，對(duì)其實(shí)時(shí)操作平臺(tái)進(jìn)行全面分析后，并對(duì)上、下位機(jī)等做一簡單介紹，并展示其運(yùn)行界面以及操作流程。將本文所提出的改進(jìn)型近似微分器的復(fù)合控制策略以及快速反正切跟蹤微分器的復(fù)合控制策略運(yùn)用到三軸轉(zhuǎn)臺(tái)伺服控制系統(tǒng)的內(nèi)框當(dāng)中，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并使其跟基于DOB的閉環(huán)控制策略進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較