穩(wěn)定平臺關(guān)鍵技術(shù)綜述

1、穩(wěn)定平臺關(guān)鍵技術(shù)綜述0引言從科索沃戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭到最近的利比亞戰(zhàn)爭，局部戰(zhàn)爭成為主要的作戰(zhàn)模式。與以往的區(qū)域攻擊不同，現(xiàn)代局部戰(zhàn)爭的主要特點是快速反應(yīng)、精確打擊。為應(yīng)對未來局部戰(zhàn)爭，做到敢打必勝，改進與研制武器裝備，提高部隊作戰(zhàn)能力成為首要任務(wù)。在我軍車載陸戰(zhàn)裝備中，戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、坦克、火炮等武器系統(tǒng)近些年來有了很大發(fā)展，射擊范圍和精度都有了很大提高。但與外軍先進裝備相比，行進間射擊精度尚有較大差距，甚至大多裝配的武器系統(tǒng)還無法實現(xiàn)行進間射擊。行進間射擊作為提高部隊作戰(zhàn)效率，增強武器裝備自我防護能力的重要指標(biāo)，已成為未來陸戰(zhàn)裝備的主要發(fā)展方向，同時這也使得對武器系統(tǒng)的改進與研制迫在眉睫。瞄準(zhǔn)線穩(wěn)

2、定技術(shù)是實現(xiàn)行進間射擊、提高行進間射擊精度的主要環(huán)節(jié)。它采用穩(wěn)定平臺對車體的航向、縱搖和橫滾運動進行有效的隔離，使瞄準(zhǔn)線在慣性坐標(biāo)系下保持穩(wěn)定。為提高陸戰(zhàn)裝備快速反應(yīng)與精確打擊能力，急需提高穩(wěn)定瞄準(zhǔn)的快速性、精確性、自適應(yīng)性， 因此本課題的研究具有重要意義。1穩(wěn)定平臺國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在光電穩(wěn)定平臺中，陀螺穩(wěn)定平臺迄今得到了廣泛的應(yīng)用，它是采用一個環(huán)架系統(tǒng)作為光電傳感器的光學(xué)平臺，在平臺上放置陀螺來測量平臺的運動，陀螺敏感姿態(tài)角的變化經(jīng)過放大以后驅(qū)動環(huán)架的力矩電機，通過力矩電機驅(qū)動平臺使光電傳感器保持穩(wěn)定。在國外起初應(yīng)用于手持式望遠鏡和瞄準(zhǔn)具中，并在八十年代裝備部隊，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于地基、車載、 艦

3、載、機載、彈載、天基等各種觀測、攝像系統(tǒng)中。1996年，美國的航空紅外制造商前視紅外系統(tǒng)公司以電子新聞采集市場為目標(biāo)推出了一種雙傳感器系統(tǒng)，它包括一個用于低照度的高分辨率紅外攝像機和用于白天的標(biāo)準(zhǔn)廣播攝像機，這兩臺攝像機一起被安裝在一個緊湊的三軸陀螺穩(wěn)定的萬向架中，能夠提供50rad的圖像穩(wěn)定精度，意大利的Caselle-Torinese公司生產(chǎn)的11072Caselle-Torinese光軸穩(wěn)定平臺的旋轉(zhuǎn)范圍可以做到高低 方位均為 0 360，最大旋轉(zhuǎn)速度為 60 /s,穩(wěn)定精度為0.4mrad。英國的Ferranti Electro-optics公 司生產(chǎn)的FIN1155用于坦克的陸地導(dǎo)彈

4、/穩(wěn)定平臺，其瞄準(zhǔn)線的穩(wěn)定精度達到了0.1mrad。法國的SAGEM公司研制的艦載對空紅外全景監(jiān)視系統(tǒng)可以在-30 30的搖擺，-10 10的縱搖時的穩(wěn)定精度達到0.5mrad。1994年法國生產(chǎn)的“唯吉-105”型周視光電火控紅外系統(tǒng)，在方位為0 360，俯仰角為-25 65范圍內(nèi)穩(wěn)定精度為 0.1mrad。以色列研制的ESP-1H采用兩軸陀螺穩(wěn)定平臺，在方位角為0 360，俯仰角在-10 110的范圍內(nèi)，最大旋轉(zhuǎn)速度為50 /s的穩(wěn)定精度高達 50rad，而ESO-600C的穩(wěn)定精度高達15 Wad。國內(nèi)上世紀80年代開始研制瞄準(zhǔn)具穩(wěn)定平臺，90年代逐漸展開了陀螺穩(wěn)定平臺的研制。 北京61

5、8所90年代初期研制了機載陀螺穩(wěn)定平臺，其穩(wěn)定精度可達到0.1mrad，中科院成都光電所承擔(dān)的863子課題一一快速反射鏡成像跟蹤系統(tǒng)，采用了二級穩(wěn)定技術(shù)，并于1994年通過評審。華中光電技術(shù)研究所研制的艦載紅外穩(wěn)定平臺的穩(wěn)定精度為1mrad，清華大學(xué)精密機械與機械學(xué)系慣性導(dǎo)航研究室于1997年研制出機載瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)，并交付部隊使用。車載穩(wěn)定平臺的研究開始于80年代后期，最初用于坦克炮長鏡上以穩(wěn)定瞄準(zhǔn)線，其原理是在框架陀螺的轉(zhuǎn)子上安裝導(dǎo)光棱鏡，以達到穩(wěn)定瞄準(zhǔn)線的目的，其穩(wěn)定精度可達到0.2mrad，但瞄準(zhǔn)范圍僅僅是方位-4、俯仰-10 20，加之人機工程差，使用受到了限制。此外，電子3所、

6、長春光機所、西安應(yīng)用光學(xué)研究所等都在開展該應(yīng)用領(lǐng)域的研究工 作，由于受到慣性元件技術(shù)的限制，以及研究成本較高， 致使在穩(wěn)定跟蹤平臺的改進與研制方面沒有取得突破性進展，與國外差距較大。常見穩(wěn)定平臺：光電吊艙制導(dǎo)炸彈導(dǎo)引頭監(jiān)控光電火炮瞄準(zhǔn)光電2穩(wěn)定平臺實現(xiàn)的總體方案2.1穩(wěn)定平臺的主要技術(shù)指標(biāo)（1）轉(zhuǎn)動范圍：俯仰、方位、橫滾（2）跟蹤精度（3）穩(wěn)定精度（4）最大角速度（5）最大角加速度2.2穩(wěn)定平臺技術(shù)實現(xiàn)總體方案（1）穩(wěn)定平臺框架形式選取光電偵察穩(wěn)定平臺的框架形式一般為雙軸二框架穩(wěn)定、三框架三軸穩(wěn)定、四框架兩軸穩(wěn)定等，依據(jù)穩(wěn)定精度、搜索范圍的要求而定。圖丨悶框架陶軸喬總圖雙軸二框架結(jié)構(gòu)是將光電傳

7、感器等偵察設(shè)備置于相互正交的俯仰、方位兩個框架組成的平臺上（如圖1所示）,通過陀螺敏感平臺相對慣性空間運動，然后經(jīng)陀螺穩(wěn)定回路驅(qū)動框架力矩電機，克服外界干擾力矩，達到穩(wěn)定目的。兩框架平臺是一種非常成熟的、常規(guī)的 穩(wěn)定裝置，其對于小負載、高精度的穩(wěn)定是十分有效的。而對負載較重的偵查設(shè)備而言，按照目前的二框架平臺系統(tǒng)的設(shè)計和工藝技術(shù)水平，要使穩(wěn)定精度達到微弧級是十分困難的。雙軸二框架系統(tǒng)的跟蹤角范圍是很有限的，很容易造成平臺自鎖或誤差過大。在雙軸二框架結(jié)構(gòu)平臺系統(tǒng)中，跟蹤只能實現(xiàn)瞄準(zhǔn)線的軸線的穩(wěn)定，即實現(xiàn)偵察設(shè)備在確定的方位上任一時刻都緊緊地瞄準(zhǔn)目標(biāo)，達到最佳的效果，而不能實現(xiàn)瞄準(zhǔn)線繞自身軸系的旋

8、轉(zhuǎn)變化穩(wěn)定 即不能保證探測器得到的圖像相對于慣性坐標(biāo)系是穩(wěn)定的，直接影響跟蹤系統(tǒng)的平穩(wěn)性及動態(tài)跟蹤精度。三框架三軸穩(wěn)定平臺是一個有3個自由度的系統(tǒng)：方位、俯仰、橫滾，是在雙軸兩框架的基礎(chǔ)上增加一根橫滾軸，用于補償由于載體姿態(tài)變化而引起的瞄準(zhǔn)線繞自身軸系的旋轉(zhuǎn)變化，使其光電探測成像不再受載體隨機搖擺擾動影響，實現(xiàn)圖像相對于慣性坐標(biāo)系的穩(wěn)定。與雙軸兩框架穩(wěn)定平臺系統(tǒng)相比，三框架三軸穩(wěn)定平臺系統(tǒng)能克服雙軸兩框架穩(wěn)定 平臺系統(tǒng)穩(wěn)定跟蹤產(chǎn)生圖像不穩(wěn)定的原理缺陷。當(dāng)載體發(fā)生姿態(tài)變化時，CCD視場內(nèi)的固定目標(biāo)的坐標(biāo)會發(fā)生相應(yīng)的變化，反映在駕駛員的視場內(nèi)，則不僅有兩個方向的平移，還有像的旋轉(zhuǎn)。如果使用兩軸穩(wěn)定

9、平臺，則只能消除目標(biāo)圖像的平移 ，而不能消除像的旋轉(zhuǎn)；而三軸穩(wěn)定平臺則可以起到完全穩(wěn)像的作用；同時由于瞄準(zhǔn)線的穩(wěn)定控制原理是由載體搖擺參數(shù)和瞄準(zhǔn) 空間參數(shù)計算出跟蹤軸角狀態(tài)參數(shù)，驅(qū)動跟蹤伺服機構(gòu)，實現(xiàn)瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定，因此控制復(fù)雜，在穩(wěn)態(tài)精度、響應(yīng)時間、穩(wěn)定性等方面的要求較高。圖3四框架二軸示底割四框架二軸光電穩(wěn)定平臺由內(nèi)、外框架、 光電軸角編碼器、導(dǎo)電環(huán)和執(zhí)行電機等組成，是捕獲跟蹤過程中實現(xiàn)瞄準(zhǔn)線指向變化和瞄準(zhǔn)線陀螺穩(wěn)定的執(zhí)行機構(gòu)。外環(huán)架用于克 服載體運動過程中干擾力矩對內(nèi)環(huán)架穩(wěn)定平臺上偵察設(shè)備瞄準(zhǔn)線（即傳感器視軸） 的影響，保證設(shè)備的跟蹤和成像質(zhì)量達到總體技術(shù)指標(biāo)要求，外框架也是內(nèi)框架的承載平臺

10、，同時低精度隨動于內(nèi)環(huán)架，使瞄準(zhǔn)線始終確定在傳感器正前方的窗口上，提高了穩(wěn)定精度； 內(nèi)環(huán)架上安裝光電偵察設(shè)備，其作用主要用來穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)，內(nèi)環(huán)架的兩個框架始終互相垂直，減小了幾何約束耦合，從而對干擾運動起到更佳的隔離作用，可以消除大角度運動的框架自鎖， 而且通過內(nèi)環(huán)架隨動軸的小范圍轉(zhuǎn)動，彌補了瞄準(zhǔn)線和外方位軸平行所帶來的影響，同時內(nèi)環(huán)架系統(tǒng)不受外環(huán)境影響并且摩擦力小，使內(nèi)環(huán)架處于更良好的穩(wěn)定環(huán)境，易于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定精度。 兩個環(huán)架由各自的跟蹤控制回路控制，相互獨立，互不影響，因而易于控制。采用四框架二軸結(jié)構(gòu)，不但可以克服雙軸二框架的大角度失穩(wěn)的缺點，還可以克服三框架三軸控制較困難的缺點。但其結(jié)

11、構(gòu)較復(fù)雜，自身重量較大；內(nèi)環(huán)架的慣量（起穩(wěn)定作用）較小，向給定傳感器組提供的慣量較小，對穩(wěn)定性有一定的影響。對于這種平臺結(jié)構(gòu)形式， 由于內(nèi)框架和外框架之間有機械聯(lián)接，外框架的運動會耦合到內(nèi)框架上，使裝在內(nèi)框架上的陀螺儀敏感，從而影響內(nèi)框架的精度控制。綜上分析，為兼顧穩(wěn)定平臺功能的完整性與結(jié)構(gòu)設(shè)計的簡單性，本課題采用三框架三軸穩(wěn)定平臺實現(xiàn)瞄準(zhǔn)線的穩(wěn)定控制。整個裝置由裝有陀螺儀、力矩電機及角位置傳感器、光電傳感器的三個框架通過軸承連接在一起，使環(huán)架之間能相互轉(zhuǎn)動。 框架從外到內(nèi)依次為方位框、俯仰框和滾轉(zhuǎn)框，各個框架軸由獨立的直流電機或交流電機驅(qū)動，并使用一個精密的角位置傳感器反饋。這種外裝式整體環(huán)

12、架結(jié)構(gòu)形式的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，結(jié)構(gòu)剛性大，系統(tǒng)精度及結(jié)構(gòu)諧振頻率較高?？蚺eMW 軸牽羽輕旳仰制 i誦1|達卡: Pt螺爼詐電機.軸瓠命度怙血器浪轉(zhuǎn)Mil釉屢尤電竹宙禱 憶， CCD. TVill 11J電機.軸啦、伯度禮遲甜；缺碼|迫機力卻電機 也哉堆座軸止，軸度悟IS樓 傭*u軸1號業(yè)理科茨上fe機力矩電機角 測被控平臺n kM(2) 控制系統(tǒng)總體設(shè)計控制系統(tǒng)總體實現(xiàn)框架如圖所示，整個系統(tǒng)是一個典型的伺服系統(tǒng)，陀螺和測角系統(tǒng)反饋被控狀態(tài)量到主控核心，主控核心通過相關(guān)規(guī)則與算法將對反饋量進行處理，并送出控制量到驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動力矩電機做出相應(yīng)動作，實現(xiàn)對俯仰、橫滾、方位三個方向的穩(wěn)定控制，最終實現(xiàn)

13、瞄準(zhǔn)線的穩(wěn)定控制。3穩(wěn)定平臺控制算法對穩(wěn)定平臺的控制，需要設(shè)計適合的算法，在快速性、穩(wěn)定性、自適應(yīng)性、精確性等 方面達到最優(yōu)，才能保證光電系統(tǒng)的穩(wěn)定瞄準(zhǔn)。(1) PID控制PID控制算法是工程應(yīng)用最廣泛的算法，其控制框圖如圖所示。其中E(S)為誤差信號,U(S)為控制器的輸出信號。PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實際輸出值y(t)的差e(t)來進行控制，PID控制規(guī)律為：1 tt de（t）U（t）=kje（t） e（t）dt d I idt式中，kp為比例系數(shù)，Ti為積分時間常數(shù)，Td為微分時間常數(shù)。比例環(huán)節(jié)用于改變信號增益，調(diào)節(jié)響應(yīng)速度，積分環(huán)節(jié)用于消除靜差，微分環(huán)節(jié)用

14、于減少調(diào)節(jié)時間。常規(guī)PID參數(shù)整定過程中必然會遇到系統(tǒng)穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性之間的矛盾，最終往往是取 比例、積分和微分三部分控制作用的折衷，難于收到最佳的效果。中科院西安光學(xué)精密機械研究所吳凡碩士、南京理工大學(xué)李軍副研究員針對穩(wěn)定平臺 的控制采用了智能 PID控制算法，該算法可根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)特征和行為，采取靈活機動的 有效控制方式，如采取變增益（增益適應(yīng)）、智能積分（非線性積分）、智能采樣等多種途徑， 以PID控制為基礎(chǔ)最大程度上解決了控制系統(tǒng)中穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性之間的矛盾，同時又增強 了系統(tǒng)對于不確定性因素的適應(yīng)性。國防科技大學(xué)機電與自動化學(xué)院劉鋼博士針對火箭炮穩(wěn)瞄系統(tǒng)存在較大不確定性及干擾，提出了一種

15、PFC-PID串級透明控制策略，通過內(nèi)環(huán)PID控制來提高抗干擾性，外環(huán)采用預(yù)測函數(shù)控制來獲得良好的跟蹤性能和強魯棒性。（2）模糊控制模糊控制是基于豐富操作經(jīng)驗總結(jié)出來的、用自然語言表述控制策略的，或通過大量實際操作數(shù)據(jù)歸納總結(jié)出的控制規(guī)則。與傳統(tǒng)控制的不同，模糊控制不需要知道控制對象的數(shù)學(xué)模型，只需要積累對設(shè)備進行控制的操作經(jīng)驗或數(shù)據(jù)。北京理工大學(xué)張立華講師針對瞄準(zhǔn)線的穩(wěn)定問題，提出了瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定系統(tǒng)的模糊控制策略，很大程度上提高了系統(tǒng)的精度。常規(guī)模糊控制由于固定的控制參數(shù)和隸屬函數(shù)限制，以及依據(jù)個別專家經(jīng)驗確定的有限控制規(guī)則的粗糙和不完善，不能適應(yīng)過程的持續(xù)變化。針對陀螺慣性平臺上的跟蹤器瞄準(zhǔn)

16、線穩(wěn)定系統(tǒng)中非線性不確定因素對穩(wěn)定精度的影響，江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院的姬偉博 士、南京理工大學(xué)自動化學(xué)院陳益博士在模糊控制規(guī)則中引入自適應(yīng)因子，并結(jié)合PID控制算法提出了一種自適應(yīng)模糊PID復(fù)合控制策略。該控制策略可實現(xiàn)控制參數(shù)的在線修正，克服了固有模糊控制規(guī)則的不足，解決了系統(tǒng)響應(yīng)快速平穩(wěn)性和高穩(wěn)定精度之間的矛盾。（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，簡稱神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是作為對人腦最簡單的抽象和模擬。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一 種新的方法體系，具有分布并行處理、非線性映射、自適應(yīng)學(xué)習(xí)和魯棒容錯等特性，在控制 優(yōu)化領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用。（4）遺傳算法控制遺傳算法（Genetic Algorithm，簡稱GA）是以自然

17、選擇和遺傳理論為基礎(chǔ)，將生物進 化過程中適者生存規(guī)則與群體內(nèi)部染色體的隨機信息交換機制相結(jié)合的高效全局尋優(yōu)搜索 算法。遺傳算法模擬了自然選擇和遺傳中發(fā)生的復(fù)制、交叉和變異等現(xiàn)象，從任一初始種群出發(fā)，通過隨機選擇、交叉和變異操作，產(chǎn)生一群更適應(yīng)環(huán)境的個體，使群體進行到搜索空間中越來越好的區(qū)域，這樣一代一代地不斷繁衍進化，最后收斂到一群最適應(yīng)環(huán)境的個體， 求得問題最優(yōu)的解。遺傳算法的優(yōu)點：以群體為基礎(chǔ)，不是以單點搜索為基礎(chǔ)，能同時從不同點獲得多具極值，因此不易陷入局部最優(yōu)；是對問題變量的編碼集進行操作，而不是變量本身，有效的避免了對變量的微分操作運算； 只利用目標(biāo)函數(shù)來區(qū)別群體中的個體的好壞而不必

18、對其進行過 多的附加操作。航天工業(yè)集團 613所研究院盧廣山總設(shè)計師針對陀螺穩(wěn)定平臺框架系統(tǒng)設(shè)計了基于遺 傳算法的模糊控制器，通過遺傳算法來優(yōu)化模糊控制器的規(guī)則、參數(shù)以及量化因子和比例因 子，并對系統(tǒng)進行了詳細的仿真研究 ,結(jié)果證明基于 GA 的模糊控制器設(shè)計獲得了良好的控 制效果。南京航空航天大學(xué)自動化學(xué)院耿延洛博士針對機載光電跟蹤系統(tǒng)進行了基于遺傳算 法的模糊控制器優(yōu)化設(shè)計研究， 采用變論域的方法提高了模糊控制的精度并加快了遺傳算法 的收斂速度，得到了良好的控制效果。（5）滑模變結(jié)構(gòu)控制 滑?？刂朴址Q變結(jié)構(gòu)控制， 約在 1950 年由前蘇聯(lián)科學(xué)家首先提出， 是一種特殊的非線 性反饋控制系統(tǒng)

19、， 是解決有界不可測擾動、 系統(tǒng)變參數(shù)和模型不確定問題的有效方法。 由于 滑動模態(tài)可以進行設(shè)計且與對象參數(shù)及擾動無關(guān)， 使得滑模變結(jié)構(gòu)控制具有快速響應(yīng)、 對參 數(shù)變化及擾動不靈敏、無需系統(tǒng)在線辨識、物理實現(xiàn)簡單等優(yōu)點。 傳統(tǒng)的控制理論相比，特 別是當(dāng)被控對象具有模型不確定性和外部擾動時，滑模控制理論更能體現(xiàn)出其優(yōu)越的魯棒 性。東北大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院姚兆博士針對速率陀螺反饋加傳統(tǒng) PID 控制不能實 現(xiàn)穩(wěn)定角度無靜差的問題， 根據(jù)系統(tǒng)非線性、 不確定特性以及特殊應(yīng)用環(huán)境， 提出采用滑模 變結(jié)構(gòu)控制策略，并進行了實驗驗證。實踐證明，該系統(tǒng)具有負載特性好，響應(yīng)速度快、穩(wěn) 定精度高、 抗沖擊力強

20、等特點， 有效地提高了系統(tǒng)的擾動隔離精度和魯棒性。 空軍工程大學(xué) 導(dǎo)彈學(xué)院施冬健針對某型發(fā)射裝置伺服系統(tǒng)控制問題， 在模糊控制的基礎(chǔ)上增加了滑模變結(jié) 構(gòu)控制器設(shè)計， 充分發(fā)揮了滑?？刂破鲗λ欧到y(tǒng)參數(shù)不確定性和外界干擾等具有較強的魯 棒性的優(yōu)勢，提高了系統(tǒng)的運行品質(zhì)。4 穩(wěn)定平臺受到的干擾影響及相關(guān)解決方案穩(wěn)定平臺中不可避免地存在著傳感器誤差、力矩干擾造成的誤差、動態(tài)滯后誤差和平 臺振動造成的誤差等。 其中， 摩擦力矩干擾、 穩(wěn)定平臺的振動干擾和傳感器噪聲是影響瞄準(zhǔn) 精度的主要因素。4.1 摩擦力矩對伺服系統(tǒng)的影響及補償技術(shù)對于光電穩(wěn)定伺服機構(gòu)伺服系統(tǒng)而言，摩擦的存在對系統(tǒng)性能造成的不良影響主

21、要體 現(xiàn)在：造成控制系統(tǒng)的非線性，降低角分辨率和重復(fù)精度，引起低速跳動或“爬行”現(xiàn)象。 當(dāng)轉(zhuǎn)速足夠高時，控制信號起主導(dǎo)作用， 因而平臺運動是平穩(wěn)的， 當(dāng)?shù)退俑檿r， 由于存在 動靜摩擦力矩之差， 出現(xiàn)跳動式跟蹤， 不能保證速度的平穩(wěn)性。 而光電伺服機構(gòu)大部分時間 工作在頻繁換向的狀態(tài)，而且要求很高的低速平穩(wěn)特性，因而摩擦對精度的影響很大。降低摩擦力矩的方法很多，如改進機械加工、改進電氣設(shè)計，但為節(jié)約成本、且維護 方便，通過建立摩擦模型并進行摩擦補償?shù)姆椒ǔ蔀榱私陙硌芯康闹饕较颉?人們對于摩 擦模型的研究經(jīng)歷了相當(dāng)長的時間，從最簡單的Leonardo Da Vinci 模型，到工程中經(jīng)常采用

22、的庫侖摩擦模型、 庫侖摩擦 +粘滯摩擦模型、 靜摩擦 +庫侖摩擦 +粘滯摩擦模型、 Stribeck 模 型，隨著人們對摩擦力現(xiàn)象逐漸了解， 以及運動控制性能要求的提高， 所研究建立的模型越 來越能較好的描述摩擦的內(nèi)在機理特性，如 Dahl 模型， Bristle 模型， LuGre 模型等，這 些統(tǒng)稱為動態(tài)摩擦模型。對于大多數(shù)研究者來說，更為關(guān)心的問題是如何通過簡單的辨識方法來得到摩擦模型 參數(shù)。但由于非線性摩擦影響的存在， 無法利用工程中常用的頻域?qū)嶒灲７椒▉泶_定較為 準(zhǔn)確的系統(tǒng)模型及參數(shù)。 Cheok 在假設(shè)電機模型參數(shù)及摩擦模型已知的條件下， 提出利用非 線性優(yōu)化算法來估計伺服系統(tǒng)的

23、模型參數(shù)。 Johnson 通過設(shè)計實驗， 研究了摩擦的建模問題， 利用測得的實驗數(shù)據(jù)曲線，計算得到系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量J粘滯摩擦系數(shù) B和庫侖摩擦值Tc,但忽略了電機動態(tài)特性的影響。 在線摩擦參數(shù)估計方法的研究方面也很受關(guān)注， 針對摩擦模 型參數(shù)的變化, Amin 、Wang Ying 等提出利用非線性觀測器對未知參數(shù)進行在線估計。近年來,許多研究者把注意力更多地放到摩擦補償研究上,主要集中在無模型摩擦補償、模型摩擦補償和智能摩擦補償三個方面：（ 1）基于非模型的摩擦補償方法： 研究發(fā)現(xiàn)利用高比例 PD 控制能夠得到穩(wěn)定的運動 軌跡，位置和速度的積分控制則用來消除由摩擦等引起的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差。 Wu

24、 等利用力矩傳 感器測量關(guān)節(jié)扭矩， 并構(gòu)成高增益反饋環(huán)節(jié)， 以抑制由于摩擦或力矩波動等干擾存在對系統(tǒng) 造成的影響， 由于采用了直接力矩反饋， 因而對于摩擦或力矩波動等干擾造成的影響可以得 到有效抑制，從而大大提高系統(tǒng)性能。（ 2）基于模型的摩擦補償方法： 首先對系統(tǒng)中的摩擦環(huán)節(jié)建立或選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型， 由此模型和系統(tǒng)的狀態(tài)變量信息， 對摩擦力矩的值進行估計， 然后在控制力矩中加上摩擦力 矩的估計值， 從而消除摩擦環(huán)節(jié)對系統(tǒng)的影響， 其實質(zhì)是前饋補償。 根據(jù)摩擦模型參數(shù)辨識 方法的不同，又分為固定參數(shù)摩擦補償和自適應(yīng)摩擦補償。（3）基于智能控制的摩擦補償方法：由前面的討論可知，不僅建立精確的摩

25、擦模型非 常困難， 而且即使得到了較完善的模型， 也會因為其復(fù)雜的表達式使系統(tǒng)分析和基于模型的 補償難以實施。 智能控制方法為解決伺服系統(tǒng)中的摩擦問題開辟了新的途徑， 目前已有的研 究成果包括重復(fù)控制、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊控制等。 但各種基于智能控制的摩擦補償方法各 有其優(yōu)缺點，如：重復(fù)控制不能用于隨動系統(tǒng)的摩擦補償；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練時間較長、 算法 實時性差、系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)難以保證；模糊規(guī)則的獲取難度大，控制結(jié)果不理想等。4.2 振動干擾對穩(wěn)定平臺的影響及抑制方法穩(wěn)定平臺和戰(zhàn)場環(huán)境引起的振動是有色噪聲,需要跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)具有很強的抑制振動能力。文獻報道的抑制振動的方法有Held K J 和 Ba

26、rry D 提出的陀螺穩(wěn)定 ,質(zhì)量穩(wěn)定和互補濾波,Skormin V提出的前饋補償抑制平臺振動。這些方法的優(yōu)點是不需要很高的系統(tǒng)諧振頻率和探測器采樣頻率 ,能夠較好地抑制擾動 ,缺點是增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制器設(shè)計方面的復(fù)雜 性。另一種抑制振動方法是設(shè)計高帶寬的精跟蹤環(huán)（從系統(tǒng) ）,由于精瞄偏轉(zhuǎn)鏡具有諧振頻率高、響應(yīng)速度快、跟蹤精度高等優(yōu)點,可與大慣量結(jié)構(gòu)的主系統(tǒng)共同構(gòu)成復(fù)合軸跟蹤系統(tǒng),用于校正主系統(tǒng)的跟蹤誤差 ,提高跟蹤精度。 在精跟蹤過程中 ,通過控制快速反射鏡 （Fast steering mirror,FSM） 的偏轉(zhuǎn) ,抑制各種干擾和振動 ,從而使跟蹤誤差保持在亞微弧度量級以內(nèi)。穩(wěn)定平臺

27、系統(tǒng)實際上是一個具有非線性和模型不確定性的量時變系統(tǒng),各通道間也存在著動力學(xué)耦合 ,以及運動平臺帶來的振動擾動。這就需要設(shè)計相應(yīng)的解決方案，最大程度上 消除結(jié)構(gòu)誤差與干擾誤差。4.3 陀螺噪聲對穩(wěn)定平臺的影響及抑制方法 陀螺的主要作用是敏感平臺相對于慣性空間的速率，為隔離載體擾動提供測量信號。陀螺性能的好壞對于瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定控制系統(tǒng)的性能起著重要作用， 其測量輸出反饋信號的精度 很大程度上決定了瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定的精度。 因此，對陀螺儀輸出漂移誤差和噪聲的有效抑制是保 證瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定性能的關(guān)鍵。陀螺的輸出噪聲主要由兩部分組成，陀螺內(nèi)部的電子線路部分會在陀螺的輸出疊加一 定的噪聲 ,此外還有漂移誤差 （包括系

28、統(tǒng)漂移誤差和隨機漂移誤差）,電源噪聲干擾和各種半導(dǎo)體器件熱噪聲形成的噪聲 ,這部分噪聲稱為陀螺的本征噪聲 ,主要集中在輸出信號的低頻段； 另一部分是陀螺信號的傳輸、采集過程中引入的測量噪聲,這部分噪聲為能量均勻分布于各頻段的高斯白噪聲。由于陀螺噪聲的存在 ,引起平臺輸出軸的抖動,其統(tǒng)計特征與陀螺噪聲基本上處于相同的數(shù)量級。而且由于噪聲的存在 ,會引起平臺角度的緩慢漂移。對于高精度的光電穩(wěn)定裝置 來說 ,由于難以消除這樣的抖動和漂移的影響,往往引起裝置的性能下降。為使采用陀螺的光電穩(wěn)定跟蹤平臺達到較高的精度,必須對陀螺的噪聲特別是低頻噪聲進行有效抑制,因此 ,研究高效的陀螺去噪算法具有實際意義。（1）基于模型補償?shù)娜ピ敕椒▽ν勇葺敵鲂盘柕囊环N處理方法是對陀螺信號的隨機漂移建模，依據(jù)模型進行補償；典型的方法有：-_濾波、Kalman濾波、wiener濾波、統(tǒng)計濾波等。國內(nèi)對陀螺漂移的 研究工作開始于上世紀七十年代，隨后，清華大學(xué)、東南大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等許多院校和研究所也對陀螺儀的隨機漂移進行了理論研究，針對不同陀螺儀的實際漂移數(shù)據(jù)特性提出了不同的數(shù)學(xué)模型， 并對隨機漂移數(shù)據(jù)進行了計算機仿真，如陳熙源、蘇巖利用時