光电平台中的LQ控制方法研究

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陀螺稳定平台是机载瞄准吊舱自动控制系统的重要组成部分,它是视轴(LOS)稳定的主要部件,平台隔离了载机的振动,并在控制指令的驱动之下,完成对目标的稳定跟踪,是一个集光、机、电于一体的复杂系统。本文以理论与实验为基础,对某光电平台的有效控制策略进行深入研宄。本文采用线性二次型高斯控制(LQG控制)对轴系的摩擦干扰和探测器干扰进行抑制。本文首先介绍了航空光电平台的历史和发展过程,继而介绍了光电平台的传统控制手段。接下来系统的介绍了最优控制以及线性二次型最优控制的基本原理和优越性。本文分析了航空光电平台的结构及隔离原理,建立了速率陀螺的模型,电机及框架的模型,干扰源的模型,控制回路的模型,并分析了力矩刚度。本文分析了影响系统稳定精度的主要干扰因素,其中摩擦力的存在是最主要的干扰因素,为了能够精确补偿摩擦干扰,首先需要辨识得到摩擦力的模型。本文比较了几种不同的摩擦力模型,最终选定了适用于实际平台的模型。本文分析了二次型高斯控制(LQG控制)的原理及特点,线性二次型控制的一个重要特点是把最优性和稳定性联系到一起,可以同时实现系统的最优性和稳定性。其中的线性二次型高斯控制系统(LQG)系统属于满足分离定理条件的中性系统,其参数辨识、状态估计和控制器设计彼此独立,对于同时存在系统模型不确定性和环境不确定性的控制问题可以实现最优解,对噪声具有强大的抑制作用。线性二次型最优控制的核心问题在于权值矩阵Qc和Rc的选择,传统的方法主要包括仿真试凑法、数值迭代法和显式解析法。近年来以遗传算法为主的大量智能搜索算法被应用于线性二次型控制权值矩阵的设计,本文针对遗传算法存在的缺点,设计出一种改进的遗传算法用于权值矩阵的优化。本文的最后对上述理论和算法进行了实验分析,取得了与理论研宄和设计相一致的结果,证明了本文理论设计的正确性及其工程实用价值。
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