车载隔振平台的自适应滤波控制研究

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为了保证车载武器系统、光电跟踪设备能够正常运行,需要对承载车载武器系统、光电跟踪设备的平台进行隔振。本文采用Stewart平台作为隔振平台,采用主动、被动并联隔振的方式对平台进行隔振,重点对主动控制中自适应算法的隔振效果进行研究。主要工作如下:确定了车载平台总体隔振方案。采用Stewart平台为隔振平台,空气弹簧为被动隔振元件,音圈电机为作动器,绕性接头为铰链,加速度传感器为信号采集设备,以自适应算法为主动控制算法。其中分析了干扰频率范围,设定有效载荷质量、平台固有频率,各类器件的介绍及选型等。建立了平台动力学方程,确定了六支杆的Stewart平台构型,并对平台进行解耦控制分析。平台自由度中,x-θ_y、y-θ_x、z、θ_z四组完全独立,即X轴平动和Y轴转动方向存在耦合、X轴转动和Y轴平动方向存在耦合,其他自由度完全独立。有效载荷的质心只需要在平台竖直轴的延长线上,而不需要安装在某个特定的位置,降低了安装要求。解耦控制使得算法上各控制通道都能够独立控制,便于后续的仿真与调试。详细推导了LMS自适应算法的工作原理。给出了LMS自适应算法的收敛条件、收敛速度、稳态误差、计算复杂度等理论依据。对比横向结构自适应算法和梳状结构自适应算法的滤波效果,仿真表明梳状结构自适应算法对多谐波激励的滤波效果优于横向结构自适应算法。针对自适应算法中收敛速度和稳态误差的矛盾,采用了变步长自适应算法,使得算法得到更快的收敛速度和更小的稳态误差。在MATLAB/Simulink环境下对车载平台进行仿真,采用上平台加速度反馈。因为平台所受干扰主要为多谐波激励,采用变步长梳状结构的自适应算法对平台进行仿真。仿真结果表明:设计的隔振平台被动隔振的传递率为0.004~0.7848,Z轴平动方向最高;主动控制隔振率为62%~86%。同时比较了定步长算法和变步长算法的隔振效果,仿真表明:变步长算法对平台六个自由度的隔振效果均优于定步长算法。
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