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

背景技術：

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

技術實現(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)定平臺自適應控制方法，保障兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺上載荷視軸的指向穩(wěn)定。

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

3、步驟s1：基于兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺運動學模型建立擾動分析，并搭建動力學模型；

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

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

6、步驟s4：設計自適應控制器，實現(xiàn)對搭建的兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺動力學模型的穩(wěn)定控制；

7、所述兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺中表示機體坐標系，其中x指向飛機頭部方向為正，表示航向平臺坐標系，是俯仰平臺坐標系，由于載荷是機械固定在俯仰平臺上的，載荷的視軸坐標系等同于俯仰平臺坐標系；

8、視軸坐標系的擾動角速度為：

9、

10、為俯仰平臺坐標系的擾動角速度，、分別表示俯仰平臺坐標系沿x軸、y軸、z軸方向的擾動角速度分量，、分別表示機體坐標系沿x軸、y軸、z軸方向的擾動角速度分量，為航向平臺坐標系相對于機體坐標系轉(zhuǎn)動的航向角度，為航向平臺坐標系相對于機體坐標系轉(zhuǎn)動的航向角度的導數(shù)，為俯仰平臺坐標系相對于航向平臺坐標系轉(zhuǎn)動的俯仰角度，為俯仰平臺坐標系相對于航向平臺坐標系轉(zhuǎn)動的俯仰角度的導數(shù)；

11、上式由兩部分構(gòu)成，分別為

12、

13、表示飛機角速度擾動在俯仰平臺坐標系上的投影；、分別表示飛機角速度擾動在俯仰平臺坐標系中沿x軸、y軸、z軸方向的擾動角速度分量；

14、

15、表示由穩(wěn)定平臺本身的運動引起的角速度擾動；、分別表示穩(wěn)定平臺轉(zhuǎn)動在俯仰平臺坐標系中沿x軸、y軸、z軸方向的擾動角速度分量；

16、由上式可知，，應滿足：；當是一個常數(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。

17、在一較佳的實施例中，設計轉(zhuǎn)換模塊，用角標0、1、2…表示t0、t1、t2…時刻，三軸擾動、和分別為俯仰、橫滾、航向擾動與視軸坐標系中的x0、y0、z0軸重合，t0時刻坐標系也為穩(wěn)定時刻坐標系；

18、和在xoz平面內(nèi)的合擾動記為，具有角度，在t0時刻內(nèi)和的擾動通過各自對應的控制電機來消除；在t1時刻產(chǎn)生相應的橫滾角度記為,這會導致t1時刻的視軸坐標系繞y軸偏轉(zhuǎn)角度，造成視軸的不穩(wěn)定；

19、t1時刻的和在xoz平面內(nèi)的合擾動記為，但受到t0時刻橫滾軸擾動的影響，會使偏轉(zhuǎn)角度，這里記為，將在t0時刻坐標系內(nèi)進行解耦計算，并經(jīng)過俯仰和航向的控制電機進行穩(wěn)定控制，即達到消除t1時刻的俯仰和航向擾動以及t0時刻的橫滾擾動的目的；

20、在連續(xù)時間內(nèi)，t1時刻補償t0時刻的橫滾擾動，t2時刻補償t1時刻的橫滾擾動，達到一個滯后補償，消除橫滾軸擾動的目的；

21、首先計算t0時刻機體角速度耦合到視線坐標系中和的值，通過積分計算對應的角度，然后計算t1時刻；

22、

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

24、至此在t1時刻引入t0時刻的橫滾擾動的影響

25、

26、和分別為解耦后的t1時刻沿視軸坐標系的x軸和z軸的擾動分量。

27、在一較佳的實施例中，采用拉丁超立方采樣的鯨魚優(yōu)化算法來實時調(diào)整pid控制參數(shù)；假設當前最佳個體的位置是最佳覓食位置，則其他個體會根據(jù)這個最佳覓食位置包圍獵物的位置；此過程的計算如下所示：

28、

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

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，以計算個體與最佳位置之間的距離；位置更新計算公式如下所示

32、

33、是更新的個人位置；是當前個體與當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以相等的概率同時發(fā)生；計算公式如下所示；

34、

35、是[0，1]范圍內(nèi)的隨機數(shù)，用于控制覓食方法的選擇；當|a|>1，外圍個體遠離獵物；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，隨機個體的位置被選為下一次位置更新的參考；計算公式如下：

36、

37、是一個隨機個體的位置；選擇時間加權(quán)絕對誤差itae函數(shù)的積分作為適應度函數(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，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)定平臺控制方法相比，本發(fā)明考慮了平臺中的橫滾軸的擾動。

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

技術特征：

1.兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺自適應控制方法，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)定平臺自適應控制方法，其特征在于，設計轉(zhuǎn)換模塊，用角標0、1、2…表示t0、t1、t2…時刻，三軸擾動、和分別為俯仰、橫滾、航向擾動與視軸坐標系中的x0、y0、z0軸重合，t0時刻坐標系也為穩(wěn)定時刻坐標系；

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)定平臺自適應控制方法，其特征在于，采用拉丁超立方采樣的鯨魚優(yōu)化算法來實時調(diào)整pid控制參數(shù)；假設當前最佳個體的位置是最佳覓食位置，則其他個體會根據(jù)這個最佳覓食位置包圍獵物的位置；此過程的計算如下所示：

技術總結(jié)
本發(fā)明提供了一種兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺自適應控制方法，包括以下步驟：步驟S1：基于兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺運動學模型建立擾動分析，并搭建動力學模型；步驟S2：轉(zhuǎn)換模塊將機體耦合在視軸方向的三軸擾動轉(zhuǎn)換為兩軸擾動；步驟S3：轉(zhuǎn)換后的擾動與平臺電機偏轉(zhuǎn)疊加得到對視軸影響；步驟S4：設計自適應控制器，實現(xiàn)對搭建的兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺動力學模型的穩(wěn)定控制。應用本技術方案可保障兩軸半捷聯(lián)航空遙感穩(wěn)定平臺上載荷視軸的指向穩(wěn)定。

技術研發(fā)人員：周嘉星,黃啟軒,余子成,任濤,姚佑鑫
受保護的技術使用者：廈門理工學院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19