受控化发射平台的自适应鲁棒输出反馈控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机电伺服控制技术领域，特别是一种受控化发射平台的自适应鲁椿输 出反馈控制方法。
【背景技术】
[0002] 受控化发射平台广泛用于防空武器当中，其由方位框架和俯仰框架两部分构成， 两者的数学模型基本一致，因此可方位伺服系统为对象进行控制器的设计和仿真研 究。当受控化发射平台方位框架和俯仰框架两部分同时运动时，会因巧螺效应而产生禪合 干扰力矩，从而给系统的控制性能造成一定的影响。
[0003] 针对受控化发射平台的控制问题，许多方法相继被提出。其中自适应鲁椿控制 (ARC)W其自身对不确定参数和常值干扰的自适应和对时变干扰的鲁椿性及能够获得渐 近跟踪的稳态性能的优点，使其成为设计受控化发射平台控制器的较佳方法。虽然自适应 鲁椿控制方法可W通过对不确定参数和常值干扰的自适应和对时变干扰的鲁椿性来提高 系统的控制性能，但在传统的自适应鲁椿控制器设计和实际应用中常需用到系统的速度信 号，而速度信号往往不易从传感器获取。传统的做法是对位置信号进行微分得到速度值。但 是由于位置信号存在测量噪声，经过微分后得到的速度信号往往会放大测量噪声，使得该 信号不理想甚至不可用。如先用滤波器对位置信号进行滤波处理，会导致信号延时，使得采 集到的位置信号不是实时信号。因而传统的自适应鲁椿控制方法具有很大的工程局限性。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种受控化发射平台的自适应鲁椿输出反馈控制方法。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于输出反馈的自适应鲁椿控制方法， 包括W下步骤：
[0006] 步骤1，建立受控化发射平台的数学模型；
[0007] 步骤2,设计输出反馈的自适应鲁椿控制器；
[0008] 步骤3,输出反馈的自适应鲁椿控制器的稳定性测试。
[0009] 本发明与现有技术相比，其显著优点是；（1)本发明利用高阶滑模观测器有效地 观测了系统速度量，从而解决了传统ARC控制方法所存在的所需系统速度量不易获取的问 题，保证了受控化发射平台优良的控制性能；(2)本发明对受控化发射平台框架间禪合系 数进行估计，有效地补偿了受控化发射平台框架间禪合干扰力矩；（3)本发明采用自适应 的控制方法，使得不需要准确获得系统的参数情况，更利于在实际的工程运用；(4)本发明 将鲁椿控制方法与自适应控制方法结合，使得控制器能够处理系统的未知干扰，增加了控 制器的鲁椿性。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明的受控化发射平台的自适应鲁椿输出反馈控制方法流程图。
[0011] 图2是本发明的受控化发射平台的原理图。
[0012] 图3为本发明的输出反馈自适应鲁椿控制方法原理示意图。
[001引图4为本发明实施例中系统干扰为f(t) = 0.lsin(3Tt) (N-m)时输出反馈ARC控制器作用下系统输出对期望指令的跟踪过程图。
[0014]图5为本发明实施例中系统干扰为f(t) = 0.lsin(3it) (N-m)时输出反馈ARC 控制器作用下系统的跟踪误差随时间变化的曲线图。
[001引图6为本发明实施例中系统干扰为f(t) = 0.Isin(311)(N?m)时高阶滑模观测 器对X,的估计曲线图。
[0016] 图7为本发明实施例中系统干扰为f(t) = 0.Isin(311)(N?m)时高阶滑模观测 器对X,的估计误差曲线图。
[0017] 图8为本发明实施例中系统干扰为f(t) = 0.lsin(3it) (N-m)时输出反馈ARC 控制器作用下受控化发射平台控制输入随时间变化的曲线图。
[001引图9为本发明实施例中系统干扰为f(t) = 0.lsin(3it) (N-m)时输出反馈ARC控制器和传统ARC控制器及PID控制器作用下系统的跟踪误差对比曲线图。
[0019] 图10为本发明实施例中系统干扰为f(t) = 0.lsin(3Tt)(N?m)时输出反馈ARC 控制器83估计值随时间变化的曲线图。
[0020] 图11为本发明实施例中系统干扰为f(t) = 0.Isin(31t)(N?m)时输出反馈ARC 控制器04估计值随时间变化的曲线图。
[002。 图12为本发明实施例中系统干扰为f(t) = 0. 1sin(311)(N?m)时输出反馈ARC控制器e。估计值随时间变化的曲线图。
【具体实施方式】
[0022] 结合图1，本发明受控化发射平台的输出反馈自适应鲁椿控制控制方法，包括W下 步骤：
[0023] 步骤1，建立受控化发射平台的数学模型，具体如下：
[0024] 步骤1-1，如图2所示，本发明的受控化发射平台由方位框架和俯仰框架两部分构 成，两者的数学模型一致，因此可方位框架伺服系统为对象进行控制器的设计和仿真 研究。本受控化发射平台通过配有电气驱动器的永磁直流电机驱动两方向的惯性负载。考 虑到电磁时间常数比机械时间常数小得多，且电流环响应速度远大于速度环和位置环的响 应速度，故将电流环近似为比例环节；
[0025]因此，W受控化发射平台方位框架伺服系统为对象，根据牛顿第二定律，受控化发 射平台方位框架的运动方程为：
[002引
（1)
[0027]式（1)中J为电机输出端的惯性负载参数，ku为电机输出端的电压力矩放大系数，B为电机输出端的粘性摩擦系数，屯为常值干扰，，/'(/，>'，>')是其他未建模干扰，W、心为俯仰 框架伺服系统的角速度和角加速度，Cl、C2是对应于W、W的框架间禪合的禪合系数，y为惯 性负载的位移，少为惯性负载的加速度，U为系统的控制输入，t为时间变量；
[002引步骤1-2定义状态变量；.r=[.r,，.r::f=k，小，则式（1)运动方程转化为状态方 程：
[0032]式（2)中，其中
均为缓变量，即系统各参 数J、ku、B、屯、Cl、C2为随时间缓变或者不变的物理量，满足：
[003引
（3)
[0034] 其中，J、ku、B的名义值已知，dn、Ci、C2为未知量，W、心为随时间变化的已知量。并 且，系统各参数屯、Cl、C2的上下界已知，即；
[003引 0GQg= {目：目m化<目<目maxi(4)
[0036]其中，Qe为0的取值范围，定义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]
;系统建模偏差，包括外负载干扰、未建模摩擦、未建模动态、系 统实际参数与建模参数的偏离造成的干扰，亦r，。为随时间变化的未知量，即含Cr，/) *0，并 且上界已知，即；|4.r，/)|<5，5为系统偏差上界，为一已知正常数；
[00測f(t，X。X2)即为上述Xi表示惯性负载的位移，X2表示惯性负载的速度。
[0039] 步骤2,设计输出反馈自适应鲁椿控制器，具体如下：
[0040] 步骤2-1，式似转化为>=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，定义公(/)二0.3 -04-台5沁-為.,1:.，句，则Db) 也有界，其上界设为D，则针对受控化发射平台设计高阶滑模观测器：
[0047]该高阶滑模观测器由Luenberger观测器和鲁椿精确微分器两部分组成，公式化） 为Luenberger观测器，公式（8)为鲁椿精确微分器，其中，V为鲁椿精确微分器内部动态向 量，V= [v^V2]t，《 = 《2]哺[巧，分别为Luenberger观测器和高阶滑模观测 器对系统状态X= [X。X2]t的估计，L= [1。l2]T为Luenberger观测器可调参数，P为一个 2X2的矩阵；
[0048]
[0049] 该观测器在全局内状态观测误差有界，即存在一时刻t。，t。之后有状态估计误差 Z二是一尤二0;
[0050] 其中1。12的取值要使矩阵（9)的特征值小于零；I'Ui-巧，I')表达式如（10)所 示；
[0054]其中，VI，V2为鲁椿精确微分器内部动态，M为鲁椿精确微分器参数，M取值应大于 等于D，a1、a2为鲁椿精确微分器参数，均为正数。
[00巧]步骤2-2,对于自适应控制，为了避免系统不确定性参数的自适应过程有发散的 危险，给参数自适应过程添加不连续映射