MATLAB排爆机器人稳定平台二维随动控制设计(3)

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1）稳定平台空间耦合关系研究：由于两轴稳定平台的方位、俯仰架在控件中的运动互相影响，两轴之间产生耦合关系而存在几何约束，这就需要分析两轴的架构关系进而将每个环架各自的运动分离出来，然后通过 MATLAB 软件的建模与仿真测试得出最终结论。

2）控制算法的研究：该伺服控制系统的回路中，元器件多，系统精度要求高，因此在选择合适的元器件基础上，还要对控制系统进行校正，以便达到系统稳定精度与快速性的要求。校正环节要根据系统的理论模型，考虑校正环节实现的难易程度而选择合适的校正方法，保证系统的稳定性。

稳定回路的控制方法：在陀螺稳定平台控制领域，经典控制理论仍然处于主导地位，如杨清、李奇的速率稳定环采用有差调节法，采用单速率稳定环控制，校正后根据速度环的开环幅频特性，设计合理的前馈调节器补偿校正误差值[15]。随着科技的发展，在经典控制理论的基础上，融入多种现代控制技术。例如：姬伟、李奇在解决速度控制环非线性环节的控制问题时，采用带非线性加速度负反馈补偿环节的积分分离 PID 控制算法[16]。

近几年，在惯性稳定系统中广泛的应用了各种现代控制技术，比如神经网络以及模糊控制等。刘金琨在先进 PID 控制 MATLAB 仿真中提出大量的 PID 控制方法具有很大的参考价值[17]。

对于一个实际系统，最终采用的控制理论和控制方法要根据系统工作环境、结构、性能指标等因素综合考虑，并通过实验和仿真的方法不断进行调整，以期达到最佳的控制效果。本设计运用经典的控制理论，通过控制系统建模，导出合理的系统传递函数。采用速度环和位置环双环控制模型，运用频域法对控制系统进行多种形式的校正设计，并进行软件仿

真。然后根据系统指标要求进行优化调节，从而保证达到系统稳定精度和快速性的要求。

1.4 本文主要研究内容

本文以陀螺稳定平台为研究对象，通过搭建系统结构模型，校正系统的传递函数，从而达到系统稳定性和快速性的相应指标。本课题的研究在对稳定平台原理和控制方法掌握的基础上，为以后各种应用场合中使用的稳定平台的研究和开发提供宝贵经验。文献综述

本文主要在探讨稳定平台原理的基础上，对两轴稳定平台空间耦合关系进行了分析，选择系统各环节的元器件，导出控制系统的传递函数，采用经典控制理论对系统进行校正并对在 MATLAB 软件中进行仿真测试。现本文的章节作如下安排：

（1）分析了两自由度稳定平台的运动学性能，介绍了稳定平台运动学原理以及空间旋转坐标变换，对稳定平台进行速度耦合计算分析，确定陀螺仪安装的敏感轴位置。

（2）根据稳定平台控制系统的质量以及负载的大小，确定系统所选择的电流电动机型号，另外根据系统指标要求，选择合适的陀螺仪以及硬件电路各环节的元器件

（3）根据电机以及系统各硬件电路的实际参数，确定各个模块的传递函数，为了计算方便，对各传递函数进行了简化，导出了伺服控制系统的传递函数。

（4）对稳定平台控制系统进行建模，得到稳定平台位置环和速度环的双环控制回路模型，在 MATLAB/simulink 中对系统进行阶跃响应的仿真。结合仿真结果以及系统性能指标，对控制系统进行校正。然后在对系统设置干扰力矩和扰动速度，测试系统的抗干扰能力和隔离度。多次调整校正环节的调节器，达到系统要求的稳态精度以及快速性的指标。