【摘 要】
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量子通信系统作为一种新兴的通信技术,比传统的通信技术更加安全可靠,但是对工作环境要求较高,尤其是安置在舰船上的量子通信设备对横滚向及俯仰向的要求极为苛刻。因此,需要采用舰载并联稳定平台来隔离船体摇摆的干扰,保证安置在稳定平台上的量子通信设备处于稳定的工作环境。本论文围绕舰载并联稳定平台的姿态控制展开研究。针对舰载并联稳定平台的高精度姿态控制影响因素,提出了稳定平台的研究目标;采用三个电动推杆成正三
【基金项目】
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中国船舶重工集团公司第七二二研究所委托项目“舰载量子通信系统稳定隔振平台”；
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量子通信系统作为一种新兴的通信技术,比传统的通信技术更加安全可靠,但是对工作环境要求较高,尤其是安置在舰船上的量子通信设备对横滚向及俯仰向的要求极为苛刻。因此,需要采用舰载并联稳定平台来隔离船体摇摆的干扰,保证安置在稳定平台上的量子通信设备处于稳定的工作环境。本论文围绕舰载并联稳定平台的姿态控制展开研究。针对舰载并联稳定平台的高精度姿态控制影响因素,提出了稳定平台的研究目标;采用三个电动推杆成正三角形分布支撑及固定杆中心支撑的方式,实现了稳定平台横滚向及俯仰向的运动;阐述了稳定平台高精度控制系统的工作原理。建立了姿态运动学模型,进而消除各轴姿态角之间的耦合;采用BP神经网络与Newton-Raphson迭代混合算法以解算出稳定平台各轴姿态角,实现了稳定平台初始相对姿态的精准判定;采用凯恩法搭建稳定平台动力学模型以确定运动过程中电动推杆负载合理的选型范围,保证了稳定平台的高承载性能;利用了平滑运动规划算法以避免稳定平台运动冲击而造成量子通信设备损坏。针对稳定平台横滚向及俯仰向的高精度稳定性能要求,提出了双闭环控制策略;采用PID控制器+二阶低通滤波器作为电动推杆的反馈控制器以提高电动推杆位置控制系统的带宽及稳定性,实现了电动推杆高精度的跟随性能;采用PI控制器作为各轴的姿态反馈控制器以提供一定的姿态反馈强度,并消除姿态控制系统的稳态误差,保证了稳定平台高精度的姿态稳定性能。搭建了稳定平台实验样机,并进行电动推杆跟随性能测试,测试结果表明电动推杆的正弦响应曲线无明显抖动现象,且位置跟随稳定,具有较好的跟随效果;完成了摇摆台上及舰船上的稳定平台姿态稳定性能测试,根据测试结果分析得出摇摆台上测试的平台最大稳定误差为0.53°,舰船上测试的平台最大稳定误差为0.56°,表明了稳定平台具有较高的姿态稳定性能。
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