一种航空遥感惯性稳定平台摩擦参数辨识方法

摘要

一种航空遥感惯性稳定平台摩擦参数辨识方法。在分析系统正弦响应曲线基础上，建立惯性稳定平台的LuGre摩擦模型，通过对惯性稳定平台三个框架系统分别设计参数辨识方案，利用两步辨识及动态参数优化的摩擦参数辨识方法得到LuGre摩擦模型参数。本发明能够较准确的得到LuGre摩擦模型参数，实现摩擦力矩补偿，提高惯性稳定平台系统的控制精度和稳定精度，可广泛适用于各类航空遥感惯性稳定平台系统。

主权项

一种航空遥感惯性稳定平台摩擦参数辨识方法，其特征在于：首先进行摩擦模型静态参数辨识，构造航空遥感惯性稳定平台三框架伺服系统PI闭环，使三框架伺服电机以不同转速正反转相同角度，低速运行，获得Stribeck负斜率段曲线，测得对应转速下的电流环电流，然后拟合Stribeck曲线，进行静态参数辨识，同时，对稳定平台三框架伺服系统输入适当电流，获得稳态角位移；其次，进行动态参数辨识，根据动力学模型计算动态参数初始值，利用动态参数初始值以稳态条件下实测摩擦力矩随速率变化曲线和摩擦模型仿真曲线的相似程度为目标函数进行动态参数优化，具体包括以下步骤：(1)采用K_p+K_i/S控制器对航空遥感惯性稳定平台三框架伺服电机系统构造PI控制速率、电流双闭环系统，K_p+K_i/S为拉普拉斯表示法下的控制器结构，K_p为比例环节放大倍数，K_i/S表示积分环节，K_i为积分环节放大倍数；(2)在静基座下，三个框架伺服电机在负载及速率闭环情况下，分别给定不同的横滚框电机转速W_{L_R}、俯仰框电机转速W_{L_P}、方位框电机转速W_{L_A}，在±0.5～±6°/s的转速下运行，使三个框架伺服电机正向或反向恒速转动同样角度，运行于Stribeck负斜率段曲线，测量不同转速恒速运行下对应的横滚框电流环电流I_R、俯仰框电流环电流I_P、方位框电流环电流I_A，其中，Stribeck曲线在这里是框架转速与对应摩擦力矩的曲线；(3)采用非线性最小二乘方法，结合步骤(2)测得的速率和电流值，对三个框架的稳态LuGre摩擦模型进行拟合，获得三个框架的稳态LuGre摩擦模型的静态参数T_s，T_c，ω_s和σ₂；T_fs表示静基座稳态时的摩擦力矩，T_s，T_c，ω_s和σ₂为摩擦模型的四个静态参数，T_s表示最大静摩擦力矩，T_c表示库仑摩擦力矩，ω_s表示临界Stribeck角速度，σ₂表示粘性摩擦系数，ω_l表示负载端角速度；(4)根据步骤(3)拟合得到的静态参数，俯仰轴、横滚轴电机输入电流使其伺服电机输出力矩介于T_s+T_i和T_c+T_i之间，其中T_i为干扰力矩，测得横滚框、俯仰框静摩擦区域的对应稳态角位移θ_{S_R}和θ_{S_P},方位轴电机输入电流使伺服电机输出力矩介于T_s和T_c之间，测得对应稳态角位移θ_{s_A}；(5)动态参数辨识，首先根据公式σ₀≈T_csgn(ω_l)/θ_s，ω_l为负载端角速度,由步骤(3)、(4)所得静态参数，求出运动停止时三框架模型的动态参数初值σ₀，然后根据求得动态参数初值σ₁，其中J为等效到负载端的转动惯量；(6)动态参数优化，以稳态条件下实测摩擦力矩随速率变化曲线和摩擦模型仿真曲线的相似程度目标函数为动态参数优化的依据，利用Matlab优化工具箱，得到动态参数σ₀与σ₁优化值，式中T_f(i)和T_f(ω_l(i)分别为稳态条件下实测摩擦力矩和稳态条件下仿真摩擦力矩。