本發(fā)明涉及航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)，特別是兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)自適應(yīng)控制方法。

背景技術(shù)：

1、兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)是一種設(shè)計(jì)用于消除飛機(jī)干擾并保證傳感器指向穩(wěn)定性的裝置。傳統(tǒng)的機(jī)載兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)能有效控制俯仰和偏航通道的擾動(dòng)，但不能實(shí)現(xiàn)理想的橫滾通道擾動(dòng)控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)自適應(yīng)控制方法，保障兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)上載荷視軸的指向穩(wěn)定。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)自適應(yīng)控制方法，包括以下步驟：

3、步驟s1：基于兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立擾動(dòng)分析，并搭建動(dòng)力學(xué)模型；

4、步驟s2：轉(zhuǎn)換模塊將機(jī)體耦合在視軸方向的三軸擾動(dòng)轉(zhuǎn)換為兩軸擾動(dòng)；

5、步驟s3：轉(zhuǎn)換后的擾動(dòng)與平臺(tái)電機(jī)偏轉(zhuǎn)疊加得到對視軸影響；

6、步驟s4：設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制器，實(shí)現(xiàn)對搭建的兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)動(dòng)力學(xué)模型的穩(wěn)定控制；

7、所述兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)中表示機(jī)體坐標(biāo)系，其中x指向飛機(jī)頭部方向?yàn)檎?，表示航向平臺(tái)坐標(biāo)系，是俯仰平臺(tái)坐標(biāo)系，由于載荷是機(jī)械固定在俯仰平臺(tái)上的，載荷的視軸坐標(biāo)系等同于俯仰平臺(tái)坐標(biāo)系；

8、視軸坐標(biāo)系的擾動(dòng)角速度為：

9、

10、為俯仰平臺(tái)坐標(biāo)系的擾動(dòng)角速度，、分別表示俯仰平臺(tái)坐標(biāo)系沿x軸、y軸、z軸方向的擾動(dòng)角速度分量，、分別表示機(jī)體坐標(biāo)系沿x軸、y軸、z軸方向的擾動(dòng)角速度分量，為航向平臺(tái)坐標(biāo)系相對于機(jī)體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)動(dòng)的航向角度，為航向平臺(tái)坐標(biāo)系相對于機(jī)體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)動(dòng)的航向角度的導(dǎo)數(shù)，為俯仰平臺(tái)坐標(biāo)系相對于航向平臺(tái)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)動(dòng)的俯仰角度，為俯仰平臺(tái)坐標(biāo)系相對于航向平臺(tái)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)動(dòng)的俯仰角度的導(dǎo)數(shù)；

11、上式由兩部分構(gòu)成，分別為

12、

13、表示飛機(jī)角速度擾動(dòng)在俯仰平臺(tái)坐標(biāo)系上的投影；、分別表示飛機(jī)角速度擾動(dòng)在俯仰平臺(tái)坐標(biāo)系中沿x軸、y軸、z軸方向的擾動(dòng)角速度分量；

14、

15、表示由穩(wěn)定平臺(tái)本身的運(yùn)動(dòng)引起的角速度擾動(dòng)；、分別表示穩(wěn)定平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)在俯仰平臺(tái)坐標(biāo)系中沿x軸、y軸、z軸方向的擾動(dòng)角速度分量；

16、由上式可知，，應(yīng)滿足：；當(dāng)是一個(gè)常數(shù)，和都為0，在這種情況下，如果滿足的要求，則消除橫滾軸擾動(dòng)。

17、在一較佳的實(shí)施例中，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換模塊，用角標(biāo)0、1、2…表示t0、t1、t2…時(shí)刻，三軸擾動(dòng)、和分別為俯仰、橫滾、航向擾動(dòng)與視軸坐標(biāo)系中的x0、y0、z0軸重合，t0時(shí)刻坐標(biāo)系也為穩(wěn)定時(shí)刻坐標(biāo)系；

18、和在xoz平面內(nèi)的合擾動(dòng)記為，具有角度，在t0時(shí)刻內(nèi)和的擾動(dòng)通過各自對應(yīng)的控制電機(jī)來消除；在t1時(shí)刻產(chǎn)生相應(yīng)的橫滾角度記為,這會(huì)導(dǎo)致t1時(shí)刻的視軸坐標(biāo)系繞y軸偏轉(zhuǎn)角度，造成視軸的不穩(wěn)定；

19、t1時(shí)刻的和在xoz平面內(nèi)的合擾動(dòng)記為，但受到t0時(shí)刻橫滾軸擾動(dòng)的影響，會(huì)使偏轉(zhuǎn)角度，這里記為，將在t0時(shí)刻坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行解耦計(jì)算，并經(jīng)過俯仰和航向的控制電機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定控制，即達(dá)到消除t1時(shí)刻的俯仰和航向擾動(dòng)以及t0時(shí)刻的橫滾擾動(dòng)的目的；

20、在連續(xù)時(shí)間內(nèi)，t1時(shí)刻補(bǔ)償t0時(shí)刻的橫滾擾動(dòng)，t2時(shí)刻補(bǔ)償t1時(shí)刻的橫滾擾動(dòng)，達(dá)到一個(gè)滯后補(bǔ)償，消除橫滾軸擾動(dòng)的目的；

21、首先計(jì)算t0時(shí)刻機(jī)體角速度耦合到視線坐標(biāo)系中和的值，通過積分計(jì)算對應(yīng)的角度，然后計(jì)算t1時(shí)刻；

22、

23、分別表示t1時(shí)刻在視軸坐標(biāo)系中沿x軸和z軸的擾動(dòng)分量；為t1時(shí)刻和在視軸坐標(biāo)系xoz平面內(nèi)的合擾動(dòng)；t1時(shí)刻在視軸坐標(biāo)系xoz平面內(nèi)與之間的夾角為；為t0時(shí)刻在視軸坐標(biāo)系中沿y軸的擾動(dòng)分量；為在t1時(shí)刻產(chǎn)生的橫滾角度；積分的上下限為兩次采樣的間隔，應(yīng)盡可能短；為視軸坐標(biāo)系橫滾軸實(shí)際偏轉(zhuǎn)角度；

24、至此在t1時(shí)刻引入t0時(shí)刻的橫滾擾動(dòng)的影響

25、

26、和分別為解耦后的t1時(shí)刻沿視軸坐標(biāo)系的x軸和z軸的擾動(dòng)分量。

27、在一較佳的實(shí)施例中，采用拉丁超立方采樣的鯨魚優(yōu)化算法來實(shí)時(shí)調(diào)整pid控制參數(shù)；假設(shè)當(dāng)前最佳個(gè)體的位置是最佳覓食位置，則其他個(gè)體會(huì)根據(jù)這個(gè)最佳覓食位置包圍獵物的位置；此過程的計(jì)算如下所示：

28、

29、 d是個(gè)體與最佳覓食位置之間的距離;是當(dāng)前迭代次數(shù)；是當(dāng)前獲得的最優(yōu)覓食位置；是當(dāng)前的個(gè)人位置； a和 c是控制系數(shù)；并且和是[0，1]范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù)；是一個(gè)從2減少到0的衰減變量；計(jì)算公式如下所示：

30、

31、表示最大迭代次數(shù)；鯨魚優(yōu)化算法通過創(chuàng)建螺旋方程來更新位置，以計(jì)算個(gè)體與最佳位置之間的距離；位置更新計(jì)算公式如下所示

32、

33、是更新的個(gè)人位置；是當(dāng)前個(gè)體與當(dāng)前最佳覓食位置之間的距離；為自然數(shù)對數(shù)底數(shù)； b是改變螺旋形狀的常數(shù)；是[-1，1]范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù)；用于控制螺旋的收縮和螺旋的形狀；收縮、包圍和沿螺旋路徑前進(jìn)以相等的概率同時(shí)發(fā)生；計(jì)算公式如下所示；

34、

35、是[0，1]范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù)，用于控制覓食方法的選擇；當(dāng)|a|>1，外圍個(gè)體遠(yuǎn)離獵物；與氣泡網(wǎng)喂養(yǎng)階段不同，泡網(wǎng)喂養(yǎng)階段根據(jù)最佳覓食位置更新位置，隨機(jī)個(gè)體的位置被選為下一次位置更新的參考；計(jì)算公式如下：

36、

37、是一個(gè)隨機(jī)個(gè)體的位置；選擇時(shí)間加權(quán)絕對誤差itae函數(shù)的積分作為適應(yīng)度函數(shù)

38、

39、pid控制器的一般形式如下：

40、

41、表示控制器輸出信號(hào)，表示系統(tǒng)誤差，分別為pid控制器的控制參數(shù)。

42、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

43、（1）與現(xiàn)有的兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)控制方法相比，本發(fā)明考慮了平臺(tái)中的橫滾軸的擾動(dòng)。

44、（2）本發(fā)明提出的自適應(yīng)控制方法，可以根據(jù)具體工作環(huán)境，自動(dòng)調(diào)整的控制器的控制參數(shù)，增強(qiáng)了控制器的自適應(yīng)性和兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)工作的穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)自適應(yīng)控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)自適應(yīng)控制方法，其特征在于，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換模塊，用角標(biāo)0、1、2…表示t0、t1、t2…時(shí)刻，三軸擾動(dòng)、和分別為俯仰、橫滾、航向擾動(dòng)與視軸坐標(biāo)系中的x0、y0、z0軸重合，t0時(shí)刻坐標(biāo)系也為穩(wěn)定時(shí)刻坐標(biāo)系；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)自適應(yīng)控制方法，其特征在于，采用拉丁超立方采樣的鯨魚優(yōu)化算法來實(shí)時(shí)調(diào)整pid控制參數(shù)；假設(shè)當(dāng)前最佳個(gè)體的位置是最佳覓食位置，則其他個(gè)體會(huì)根據(jù)這個(gè)最佳覓食位置包圍獵物的位置；此過程的計(jì)算如下所示：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)自適應(yīng)控制方法，包括以下步驟：步驟S1：基于兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立擾動(dòng)分析，并搭建動(dòng)力學(xué)模型；步驟S2：轉(zhuǎn)換模塊將機(jī)體耦合在視軸方向的三軸擾動(dòng)轉(zhuǎn)換為兩軸擾動(dòng)；步驟S3：轉(zhuǎn)換后的擾動(dòng)與平臺(tái)電機(jī)偏轉(zhuǎn)疊加得到對視軸影響；步驟S4：設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制器，實(shí)現(xiàn)對搭建的兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)動(dòng)力學(xué)模型的穩(wěn)定控制。應(yīng)用本技術(shù)方案可保障兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺(tái)上載荷視軸的指向穩(wěn)定。

技術(shù)研發(fā)人員：周嘉星,黃啟軒,余子成,任濤,姚佑鑫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廈門理工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19