CN117666363A - 一种航空摄影陀螺稳定座架控制方法及相关设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种航空摄影陀螺稳定座架控制方法及相关设备，涉及陀螺稳定座架控制技术领域。该航空摄影陀螺稳定座架控制方法包括步骤：获取陀螺稳定座架中方位框架在当前时刻下的实际角位置;利用基于运动学模型的预测控制器计算方位框架在当前时刻下的预测角位置；根据实际角位置和预测角位置计算预测误差；根据实际角位置和预测误差计算最优角速度；根据最优角速度，利用基于动力学模型的滑模控制器获取控制量；根据控制量控制陀螺稳定座架。本发明的航空摄影陀螺稳定座架控制方法能够有效解决非线性问题，有效提高伺服系统稳定性和控制精度，进而有利于实现快速精准的航向跟踪。
Description
技术领域
本发明涉及陀螺稳定座架控制技术领域，具体而言，涉及一种航空摄影陀螺稳定座架控制方法及相关设备。
背景技术
飞行器进行航空摄影时一般都会通过陀螺稳定座架搭载航摄设备，陀螺稳定座架作为航摄设备与飞机之间的重要伺服系统，其稳定性和控制精度直接影响航空摄影数据的准确性。
由于陀螺稳定座架在实际工作时受多种外部不确定因素的干扰，例如随机气流扰动、载机振动等，导致该系统具有严重的非线性特性，而现有技术往往从简单易行的方面进行考虑，因此普遍采用传统的PID控制方法控制该系统，然而PID控制方法本质是一种线性控制算法，并不能很好地解决实际工作时遇到的各种非线性问题，以致无法满足高稳定性和高控制精度的要求。
因此亟需一种能够有效解决非线性问题以此提高伺服系统稳定性和控制精度的控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空摄影陀螺稳定座架控制方法及相关设备，能够有效解决非线性问题，有效提高伺服系统稳定性和控制精度，进而有利于实现快速精准的航向跟踪。
第一方面，本发明提供了一种航空摄影陀螺稳定座架控制方法，应用于陀螺稳定座架的伺服系统，包括以下步骤：
S1.获取所述陀螺稳定座架中方位框架在当前时刻下的实际角位置;
S2.利用基于运动学模型的预测控制器，计算所述方位框架在当前时刻下的预测角位置；
S3.根据所述方位框架在当前时刻下的实际角位置和所述方位框架在当前时刻下的预测角位置，计算所述方位框架在当前时刻下的预测误差；
S4.根据所述方位框架在当前时刻下的实际角位置和所述方位框架在当前时刻下的预测误差，计算所述方位框架在当前时刻下的最优角速度；
S5.根据所述方位框架在当前时刻下的最优角速度，利用基于动力学模型的滑模控制器，获取所述方位框架在当前时刻下的控制量；
S6.根据所述方位框架在当前时刻下的控制量，控制所述陀螺稳定座架。
本发明的航空摄影陀螺稳定座架控制方法，预测控制器和滑模控制器结合使用能够大大提高伺服系统的稳定性和控制精度，进而使陀螺稳定座架能够更快速且精准地跟踪期望航向。
进一步的，所述运动学模型通过以下公式表示：
；
其中，为所述方位框架在当前时刻下的实际角位置，表示求的一
阶导数，为所述方位框架在当前时刻下的实际角速度，表示当前时刻。
进一步的，所述动力学模型通过以下公式表示：
；
其中，为所述方位框架的转动惯量，表示求的一阶导数，为所述方
位框架的阻尼系数，为所述陀螺稳定座架中驱动电机的转矩系数，为所述方位框架
在当前时刻下的控制量，为外部扰动量。
进一步的，步骤S2中的具体步骤包括：
S21.根据以下公式计算所述方位框架在当前时刻下的预测角位置：
；
其中，为所述方位框架在当前时刻下的预测角位置，为预设的采样参数，为所述方位框架在上一时刻下的实际角位置，为采样时间，为所述方
位框架在上一时刻下的实际角速度，表示当前时刻的上一时刻。
进一步的，步骤S3中的具体步骤包括：
S31.根据以下公式计算所述方位框架在当前时刻下的预测误差：
；
其中，为所述方位框架在当前时刻下的预测误差。
将预测误差作为补偿纳入到计算之中，能够避免误差累计到下一次计算中，从而避免精度下降，确保每次计算的结果都较为准确，有利于实现对陀螺稳定座架的高精度控制。
进一步的，步骤S4中的具体步骤包括：
S41.根据以下公式计算所述方位框架在当前时刻下的最优角速度：
；
其中，为所述方位框架在当前时刻下的最优角速度，为预设的设计参数，为所述方位框架在下一时刻下的目标角位置，表示当前时刻的下一时刻。
基于方位框架在下一时刻下的目标角位置和方位框架在当前时刻下的实际角位置并结合方位框架在当前时刻下的预测误差能够解算出精度较高的最优角速度，从而有利于对陀螺稳定座架实现精确控制。
进一步的，步骤S5中的具体步骤包括：
S51.根据以下公式计算所述方位框架在当前时刻下的控制量：
；
其中，为第一预设参数，为所述方位框架在当前时刻下的滑模面，为第二
预设参数，为第三预设参数，为关于的饱和函数，为第四预设参数，为所述方位框架在当前时刻下的速度跟踪误差，表示求的一阶导数。
滑模控制器能够有效确保陀螺稳定座架具有较高的跟踪精度，克服了现有技术的不足，实现快速、精准且稳定地跟踪期望航向。
第二方面，本发明提供了一种航空摄影陀螺稳定座架控制装置，应用于陀螺稳定座架的伺服系统，包括：
第一获取模块，用于获取所述陀螺稳定座架中方位框架在当前时刻下的实际角位置;
第一计算模块，用于利用基于运动学模型的预测控制器，计算所述方位框架在当前时刻下的预测角位置；
第二计算模块，用于根据所述方位框架在当前时刻下的实际角位置和所述方位框架在当前时刻下的预测角位置，计算所述方位框架在当前时刻下的预测误差；
第三计算模块，用于根据所述方位框架在当前时刻下的实际角位置和所述方位框架在当前时刻下的预测误差，计算所述方位框架在当前时刻下的最优角速度；
第二获取模块，用于根据所述方位框架在当前时刻下的最优角速度，利用基于动力学模型的滑模控制器，获取所述方位框架在当前时刻下的控制量；
控制模块，用于根据所述方位框架在当前时刻下的控制量，控制所述陀螺稳定座架。
本发明提供的航空摄影陀螺稳定座架控制装置可以利用预测控制器和滑模控制器互联进行复合控制，有效抑制飞行过程中遇到的非线性扰动，从而使陀螺稳定座架达到快速且精准地跟踪期望航向的效果。
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行如上述第一方面提供的所述航空摄影陀螺稳定座架控制方法中的步骤。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行如上述第一方面提供的所述航空摄影陀螺稳定座架控制方法中的步骤。
由上可知，本发明提供的航空摄影陀螺稳定座架控制方法，通过预测控制器提供最优角速度，配合鲁棒性较高的非线性滑模控制器解决实际工作时遇到的各种非线性问题，大大提高系统收敛速度的同时还满足速度约束条件，使得伺服系统的稳定性和控制精度得到明显提高，进而实现快速且精准地跟踪航摄设备的期望航向，达到最优控制效果。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明实施例提供的航空摄影陀螺稳定座架控制方法的一种流程图。
图2为本发明实施例提供的航空摄影陀螺稳定座架控制装置的一种结构示意图。
图3为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
标号说明：
100、第一获取模块；200、第一计算模块；300、第二计算模块；400、第三计算模块；500、第二获取模块；600、控制模块；13、电子设备；1301、处理器；1302、存储器；1303、通信总线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参照图1，图1是航空摄影陀螺稳定座架控制方法的流程图。该航空摄影陀螺稳定座架控制方法，应用于陀螺稳定座架的伺服系统，包括以下步骤：
S1.获取陀螺稳定座架中方位框架在当前时刻下的实际角位置;
S2.利用基于运动学模型的预测控制器，计算方位框架在当前时刻下的预测角位置；
S3.根据方位框架在当前时刻下的实际角位置和方位框架在当前时刻下的预测角位置，计算方位框架在当前时刻下的预测误差；
S4.根据方位框架在当前时刻下的实际角位置和方位框架在当前时刻下的预测误差，计算方位框架在当前时刻下的最优角速度；
S5.根据方位框架在当前时刻下的最优角速度，利用基于动力学模型的滑模控制器，获取方位框架在当前时刻下的控制量；
S6.根据方位框架在当前时刻下的控制量，控制陀螺稳定座架。
实际应用时，首先基于陀螺稳定座架的运动学模型设计预测控制器，通过预测控制器获取预测角位置，由于预测控制器本身有存在精度误差，因此每次计算和控制都会有一定误差，为了避免上一次计算产生的误差累积到下一次计算中而导致控制精度下降，本实施例通过对比当前时刻下的实际角位置和预测角位置获得预测误差，由此将预测误差作为补偿纳入到计算之中，从而计算出精度较高的最优角速度。
进一步的，将最优角速度输入到滑模控制器中，由于最优角速度已经是最优解，因此能够提高滑模控制器的解算速度，由此提高了系统整体的收敛速度并满足了速度约束条件；此外，由于滑模控制器是基于陀螺稳定座架的动力学模型设计的，因此尽管系统中存在不确定的非线性扰动，也能够保证陀螺稳定座架有较高的跟踪精度。
本实施例将陀螺稳定座架的跟踪问题分为运动学和动力学两部分来进行考虑，设计出预测控制器和滑模控制器互联的复合控制方法，适用于航空摄影陀螺稳定座架伺服系统，能够有效抑制飞行过程中遇到的非线性扰动，从而使陀螺稳定座架达到快速且精准地跟踪期望航向的效果。
在某些实施例中，运动学模型通过以下公式表示：
；
其中，为方位框架在当前时刻下的实际角位置，表示求的一阶导
数，为方位框架在当前时刻下的实际角速度，表示当前时刻。
本实施例中，该运动学模型针对陀螺稳定座架进行设计，能够准确反映出陀螺稳定座架中方位框架的角位置和角速度之间的关系。
需要说明的是，方位框架属于陀螺稳定座架中的结构，方位框架以及陀螺稳定座架的具体结构均属于现有技术，在此不展开描述。
在某些实施例中，动力学模型通过以下公式表示：
；
其中，为方位框架的转动惯量，表示求的一阶导数，为方位框架的
阻尼系数，为陀螺稳定座架中驱动电机的转矩系数，为方位框架在当前时刻下的控
制量，为外部扰动量。
本实施例中，该动力学模型针对陀螺稳定座架进行设计，能够准确反映出陀螺稳定座架中方位框架的控制量和外部扰动量之间的关系。
需要说明的是，外部扰动（即飞行过程中遇到的非线性扰动）包括但不限于随机气流的扰动、载机振动等，对于将外部扰动量化为外部扰动量的方法属于现有技术，在此不再赘述。
在某些实施例中，步骤S2中的具体步骤包括：
S21.根据以下公式计算方位框架在当前时刻下的预测角位置：
（公式1）；
其中，为方位框架在当前时刻下的预测角位置，为预设的采样参数，为方位框架在上一时刻下的实际角位置，为采样时间，为方位框架在
上一时刻下的实际角速度，表示当前时刻的上一时刻。
本实施例中，运动学模型揭示了方位框架的角位置和角速度之间的关系，基于此设计出上述的预测控制器（即公式1），预测控制器主要根据方位框架在上一时刻下的实际角位置和实际角速度对方位框架在当前时刻下的角位置进行预测。
具体的，采样参数例如是。
在某些实施例中，步骤S3中的具体步骤包括：
S31.根据以下公式计算方位框架在当前时刻下的预测误差：
（公式2）；
其中，为方位框架在当前时刻下的预测误差。
由于预测控制器并不能完全考虑到所有现实因素对方位框架的角位置和角速度的影响，因此预测控制器所输出的预测角位置难免会存在精度误差，本实施例通过计算方位框架在当前时刻下的实际角位置和方位框架在当前时刻下的预测角位置的差值得到本次计算所产生的误差（即预测误差），后续将预测误差作为补偿纳入到计算之中，能够避免误差累计到下一次计算中，从而避免精度下降，确保每次计算的结果都较为准确，有利于实现对陀螺稳定座架的高精度控制。
进一步的，获取方位框架在当前时刻下的实际角位置和实际角速度后，基于预测控制器可以计算出方位框架在下一时刻下的预测角位置：
（公式3）；
其中，为方位框架在下一时刻下的预测角位置。
进一步的，利用方位框架在当前时刻下的预测误差对方位框架在下一时刻下的预测角位置进行修正，能够有效提高预测控制器的准确性：
（公式4）；
其中，为方位框架在下一时刻下修正后的预测角位置。
进一步的，将与进行比较，通过最小化具有约束的加权最小
方差代价函数确定方位框架在当前时刻下的最优角速度。其中，为方位框架在
下一时刻下的目标角位置，目标角位置属于所需跟踪的期望航向，为已知值；加权最小方差
代价函数表示为：
；
；
其中，为加权最小方差代价函数，为预设的设计参数，为方位框架
在当前时刻下的最优角速度，为方位框架能达到的最小角速度，为方位框架能
达到的最大角速度。
进一步的，将加权最小方差代价函数对求导后并令其为0，即：
；
需要说明的是，由于和均表示为角位置，而角位置都是关于
角速度的函数，对复合函数求导属于公知常识，在此不展开加权最小方差代价函数对求导的计算过程。
整理上式可以得到：
（公式5）；
进一步的，将公式3代入公式4，得到：
；
其中公式3中A值取1。
将上式代入公式5，得到如下的方位框架在当前时刻下的最优角速度。
具体的，步骤S4中的具体步骤包括：
S41.根据以下公式计算方位框架在当前时刻下的最优角速度：
；
其中，为方位框架在当前时刻下的最优角速度，为预设的设计参数，为方位框架在下一时刻下的目标角位置，表示当前时刻的下一时刻。
本实施例中，基于方位框架在下一时刻下的目标角位置和方位框架在当前时刻下的实际角位置并结合方位框架在当前时刻下的预测误差能够解算出精度较高的最优角速度，从而有利于对陀螺稳定座架实现精确控制。
进一步的，最优角速度中预设有设计参数，设计参数可以通过实验获得，增设设
计参数能够使方位框架的角速度平稳变化，进而提高系统的整体稳定性，由此进一步有利
于对陀螺稳定座架实现精确控制。
进一步的，获取方位框架在当前时刻下的最优角速度后，根据以下公式计算方位框架在当前时刻下的速度跟踪误差：
（公式6）；
其中，为方位框架在当前时刻下的速度跟踪误差。
进一步的，根据以下公式计算方位框架在当前时刻下的滑模面：
（公式7）；
其中，为方位框架在当前时刻下的滑模面（即为滑模函数计算值），为预设
的第四预设参数（为大于零的正实数），为时间。
进一步的，以传统的指数趋近律为基础，考虑到传统的指数趋近律存在抖振问题，为了削弱抖振影响，结合实际应用时的要求设计了如下的趋近律：
（公式8）；
其中，为趋近律，表示求的一阶导数，为第一预设参数（为正实数），
为第二预设参数（为正实数），为第三预设参数（为自然常数），为关于的
饱和函数，饱和函数表示为：
；
；
其中，为关于的符号函数，为在原点附近的区间长度。
具体的，以下为实际应用时通过Lyapunov函数对趋近律的稳定性进行验证的过程，Lyapunov函数定义为：
（公式9）；
其中，为Lyapunov函数。
对公式9进行求导，得到：
（公式10）；
其中，表示求的一阶导数。
结合公式9和公式10，得到：
；
当的时候，计算得到；
当的时候，计算得到；
又因为，所以对任意都有：；
可见，Lyapunov函数证明了该趋近律具有足够的稳定性，因此基于该趋近律对应的滑模面所设计的滑模控制器能够使系统的角速度跟踪误差在有限时间内收敛为零，达到提高系统收敛速度并满足速度约束条件的目的。
进一步的，对公式6和7进行求导，并结合公式8，得到：
（公式11）；
（公式12）；
其中，表示求/>的一阶导数。
根据公式11和公式12，可以推导出方位框架在当前时刻下的控制量的计算公式。
具体的，步骤S5中的具体步骤包括：
S51.根据以下公式计算方位框架在当前时刻下的控制量：
（公式13）；
其中，为第一预设参数，为方位框架在当前时刻下的滑模面，为第二预设参
数，为第三预设参数，为关于的饱和函数，为第四预设参数，为方位
框架在当前时刻下的速度跟踪误差，表示求的一阶导数。
本实施例中，动力学模型揭示了方位框架的控制量和外部扰动量之间的关系，基于此设计出上述的滑模控制器（即公式13），滑模控制器输出的控制量作为控制陀螺稳定座架的输入，以此达到控制陀螺稳定座架的效果，而基于本实施例的滑模控制器，能够有效确保陀螺稳定座架具有较高的跟踪精度，克服了现有技术的不足，实现快速、精准且稳定地跟踪期望航向。
请参照图2，图2是本发明一些实施例中的一种航空摄影陀螺稳定座架控制装置，应用于陀螺稳定座架的伺服系统，该航空摄影陀螺稳定座架控制装置以计算机程序的形式集成在后端控制设备中，包括：
第一获取模块100，用于获取陀螺稳定座架中方位框架在当前时刻下的实际角位置;
第一计算模块200，用于利用基于运动学模型的预测控制器，计算方位框架在当前时刻下的预测角位置；
第二计算模块300，用于根据方位框架在当前时刻下的实际角位置和方位框架在当前时刻下的预测角位置，计算方位框架在当前时刻下的预测误差；
第三计算模块400，用于根据方位框架在当前时刻下的实际角位置和方位框架在当前时刻下的预测误差，计算方位框架在当前时刻下的最优角速度；
第二获取模块500，用于根据方位框架在当前时刻下的最优角速度，利用基于动力学模型的滑模控制器，获取方位框架在当前时刻下的控制量；
控制模块600，用于根据方位框架在当前时刻下的控制量，控制陀螺稳定座架。
在某些实施例中，第一计算模块200在用于利用基于运动学模型的预测控制器，计算方位框架在当前时刻下的预测角位置的时候执行：
S21.根据以下公式计算方位框架在当前时刻下的预测角位置：
；
其中，为方位框架在当前时刻下的预测角位置，为预设的采样参数，为方位框架在上一时刻下的实际角位置，为采样时间，为方位框架在上
一时刻下的实际角速度，表示当前时刻的上一时刻。
在某些实施例中，第二计算模块300在用于根据方位框架在当前时刻下的实际角位置和方位框架在当前时刻下的预测角位置，计算方位框架在当前时刻下的预测误差的时候执行：
S31.根据以下公式计算方位框架在当前时刻下的预测误差：
；
其中，为方位框架在当前时刻下的预测误差。
在某些实施例中，第三计算模块400在用于根据方位框架在当前时刻下的实际角位置和方位框架在当前时刻下的预测误差，计算方位框架在当前时刻下的最优角速度的时候执行：
S41.根据以下公式计算方位框架在当前时刻下的最优角速度：
；
其中，为方位框架在当前时刻下的最优角速度，为预设的设计参数，为方位框架在下一时刻下的目标角位置，表示当前时刻的下一时刻。
在某些实施例中，第二获取模块500在用于根据方位框架在当前时刻下的最优角速度，利用基于动力学模型的滑模控制器，获取方位框架在当前时刻下的控制量的时候执行：
S51.根据以下公式计算方位框架在当前时刻下的控制量：
；
其中，为第一预设参数，为方位框架在当前时刻下的滑模面，为第二预设
参数，为第三预设参数，为关于的饱和函数，为第四预设参数，为方
位框架在当前时刻下的速度跟踪误差，表示求的一阶导数。
请参照图3，图3为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，本发明提供一种电子设备13，包括：处理器1301和存储器1302，处理器1301和存储器1302通过通信总线1303和/或其他形式的连接机构（未标出）互连并相互通讯，存储器1302存储有处理器1301可执行的计算机可读取指令，当电子设备运行时，处理器1301执行该计算机可读取指令，以执行时执行上述实施例的任一可选的实现方式中的航空摄影陀螺稳定座架控制方法，以实现以下功能：获取陀螺稳定座架中方位框架在当前时刻下的实际角位置; 利用基于运动学模型的预测控制器，计算方位框架在当前时刻下的预测角位置；根据方位框架在当前时刻下的实际角位置和方位框架在当前时刻下的预测角位置，计算方位框架在当前时刻下的预测误差；根据方位框架在当前时刻下的实际角位置和方位框架在当前时刻下的预测误差，计算方位框架在当前时刻下的最优角速度；根据方位框架在当前时刻下的最优角速度，利用基于动力学模型的滑模控制器，获取方位框架在当前时刻下的控制量；根据方位框架在当前时刻下的控制量，控制陀螺稳定座架。
本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，执行上述实施例的任一可选的实现方式中的航空摄影陀螺稳定座架控制方法，以实现以下功能：获取陀螺稳定座架中方位框架在当前时刻下的实际角位置; 利用基于运动学模型的预测控制器，计算方位框架在当前时刻下的预测角位置；根据方位框架在当前时刻下的实际角位置和方位框架在当前时刻下的预测角位置，计算方位框架在当前时刻下的预测误差；根据方位框架在当前时刻下的实际角位置和方位框架在当前时刻下的预测误差，计算方位框架在当前时刻下的最优角速度；根据方位框架在当前时刻下的最优角速度，利用基于动力学模型的滑模控制器，获取方位框架在当前时刻下的控制量；根据方位框架在当前时刻下的控制量，控制陀螺稳定座架。
其中，计算机可读存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory, 简称SRAM），电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, 简称EEPROM），可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory, 简称EPROM），可编程只读存储器（Programmable Red-Only Memory, 简称PROM），只读存储器（Read-Only Memory, 简称ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种航空摄影陀螺稳定座架控制方法，应用于陀螺稳定座架的伺服系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1.获取所述陀螺稳定座架中方位框架在当前时刻下的实际角位置;
S2.利用基于运动学模型的预测控制器，计算所述方位框架在当前时刻下的预测角位置；
S3.根据所述方位框架在当前时刻下的实际角位置和所述方位框架在当前时刻下的预测角位置，计算所述方位框架在当前时刻下的预测误差；
S4.根据所述方位框架在当前时刻下的实际角位置和所述方位框架在当前时刻下的预测误差，计算所述方位框架在当前时刻下的最优角速度；
S5.根据所述方位框架在当前时刻下的最优角速度，利用基于动力学模型的滑模控制器，获取所述方位框架在当前时刻下的控制量；
S6.根据所述方位框架在当前时刻下的控制量，控制所述陀螺稳定座架。
2.根据权利要求1所述的航空摄影陀螺稳定座架控制方法，其特征在于，所述运动学模型通过以下公式表示：
；
其中，为所述方位框架在当前时刻下的实际角位置，/>表示求/>的一阶导数，/>为所述方位框架在当前时刻下的实际角速度，/>表示当前时刻。
3.根据权利要求2所述的航空摄影陀螺稳定座架控制方法，其特征在于，所述动力学模型通过以下公式表示：
；
其中，为所述方位框架的转动惯量，/>表示求/>的一阶导数，/>为所述方位框架的阻尼系数，/>为所述陀螺稳定座架中驱动电机的转矩系数，/>为所述方位框架在当前时刻下的控制量，/>为外部扰动量。
4.根据权利要求3所述的航空摄影陀螺稳定座架控制方法，其特征在于，步骤S2中的具体步骤包括：
S21.根据以下公式计算所述方位框架在当前时刻下的预测角位置：
；
其中，为所述方位框架在当前时刻下的预测角位置，/>为预设的采样参数，为所述方位框架在上一时刻下的实际角位置，/>为采样时间，/>为所述方位框架在上一时刻下的实际角速度，/>表示当前时刻的上一时刻。
5.根据权利要求4所述的航空摄影陀螺稳定座架控制方法，其特征在于，步骤S3中的具体步骤包括：
S31.根据以下公式计算所述方位框架在当前时刻下的预测误差：
；
其中，为所述方位框架在当前时刻下的预测误差。
6.根据权利要求5所述的航空摄影陀螺稳定座架控制方法，其特征在于，步骤S4中的具体步骤包括：
S41.根据以下公式计算所述方位框架在当前时刻下的最优角速度：
；
其中，为所述方位框架在当前时刻下的最优角速度，/>为预设的设计参数，为所述方位框架在下一时刻下的目标角位置，/>表示当前时刻的下一时刻。
7.根据权利要求6所述的航空摄影陀螺稳定座架控制方法，其特征在于，步骤S5中的具体步骤包括：
S51.根据以下公式计算所述方位框架在当前时刻下的控制量：
；
其中，为第一预设参数，/>为所述方位框架在当前时刻下的滑模面，/>为第二预设参数，/>为第三预设参数，/>为关于/>的饱和函数，/>为第四预设参数，/>为所述方位框架在当前时刻下的速度跟踪误差，/>表示求/>的一阶导数。
8.一种航空摄影陀螺稳定座架控制装置，应用于陀螺稳定座架的伺服系统，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取所述陀螺稳定座架中方位框架在当前时刻下的实际角位置;
第一计算模块，用于利用基于运动学模型的预测控制器，计算所述方位框架在当前时刻下的预测角位置；
第二计算模块，用于根据所述方位框架在当前时刻下的实际角位置和所述方位框架在当前时刻下的预测角位置，计算所述方位框架在当前时刻下的预测误差；
第三计算模块，用于根据所述方位框架在当前时刻下的实际角位置和所述方位框架在当前时刻下的预测误差，计算所述方位框架在当前时刻下的最优角速度；
第二获取模块，用于根据所述方位框架在当前时刻下的最优角速度，利用基于动力学模型的滑模控制器，获取所述方位框架在当前时刻下的控制量；
控制模块，用于根据所述方位框架在当前时刻下的控制量，控制所述陀螺稳定座架。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行如权利要求1-7任一项所述航空摄影陀螺稳定座架控制方法中的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时运行如权利要求1-7任一项所述航空摄影陀螺稳定座架控制方法中的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410120648.6A CN117666363B (zh) | 2024-01-29 | 2024-01-29 | 一种航空摄影陀螺稳定座架控制方法及相关设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410120648.6A CN117666363B (zh) | 2024-01-29 | 2024-01-29 | 一种航空摄影陀螺稳定座架控制方法及相关设备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117666363A true CN117666363A (zh) | 2024-03-08 |
| CN117666363B CN117666363B (zh) | 2024-05-07 |
Family
ID=90079160
Family Applications (1)
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| CN202410120648.6A Active CN117666363B (zh) | 2024-01-29 | 2024-01-29 | 一种航空摄影陀螺稳定座架控制方法及相关设备 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN117666363B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105116934A (zh) * | 2015-08-14 | 2015-12-02 | 北京航空航天大学 | 基于自适应滑模补偿的双框架mscmg框架系统高精度控制方法 |
| CN110456630A (zh) * | 2019-08-22 | 2019-11-15 | 北京航空航天大学 | 一种控制力矩陀螺框架伺服系统抗干扰控制方法 |
| CN112859612A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-05-28 | 北京航空航天大学 | 一种超低速控制力矩陀螺框架伺服系统高精度控制器 |
| CN113859589A (zh) * | 2021-10-18 | 2021-12-31 | 南京工业大学 | 一种基于模型预测控制与滑模控制的航天器姿态控制方法 |
-
2024
- 2024-01-29 CN CN202410120648.6A patent/CN117666363B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105116934A (zh) * | 2015-08-14 | 2015-12-02 | 北京航空航天大学 | 基于自适应滑模补偿的双框架mscmg框架系统高精度控制方法 |
| CN110456630A (zh) * | 2019-08-22 | 2019-11-15 | 北京航空航天大学 | 一种控制力矩陀螺框架伺服系统抗干扰控制方法 |
| CN112859612A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-05-28 | 北京航空航天大学 | 一种超低速控制力矩陀螺框架伺服系统高精度控制器 |
| CN113859589A (zh) * | 2021-10-18 | 2021-12-31 | 南京工业大学 | 一种基于模型预测控制与滑模控制的航天器姿态控制方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117666363B (zh) | 2024-05-07 |
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