鐘婧佳，楊功流，王 汀，于 沛

慣性穩(wěn)定平臺(tái)的擾動(dòng)觀測(cè)器/不完全微分PID復(fù)合控制

鐘婧佳，楊功流，王 汀，于 沛

（北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，北京，100191）

為提高慣性穩(wěn)定平臺(tái)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，提出了一種擾動(dòng)觀測(cè)器與不完全微分PID相結(jié)合的復(fù)合控制算法。利用擾動(dòng)觀測(cè)器將控制系統(tǒng)中存在的外部擾動(dòng)觀測(cè)出來(lái)并補(bǔ)償?shù)皆到y(tǒng)中，在增強(qiáng)系統(tǒng)擾動(dòng)抑制能力、提高魯棒性的同時(shí)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定精度。仿真結(jié)果表明：擾動(dòng)觀測(cè)器/不完全微分PID復(fù)合控制算法可顯著改善慣性穩(wěn)定平臺(tái)的穩(wěn)態(tài)性能，對(duì)比于常規(guī)PID校正方法，復(fù)合控制方法不僅提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，而且顯著提高系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制能力，提高穩(wěn)定精度。

慣性穩(wěn)定平臺(tái)；擾動(dòng)觀測(cè)器；不完全微分PID；擾動(dòng)抑制

0 引 言

慣性穩(wěn)定平臺(tái)是平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的重要組成部分，可以為慣性測(cè)量裝置提供穩(wěn)定的工作環(huán)境和測(cè)量基準(zhǔn)，并廣泛應(yīng)用于航天飛行器、火箭、導(dǎo)彈、潛艇等眾多領(lǐng)域中[1~4]。其中穩(wěn)定平臺(tái)的精度將直接影響導(dǎo)航、制導(dǎo)的精度，其不僅取決于慣性儀表的測(cè)量精度，還取決于平臺(tái)穩(wěn)定回路的性能[5~7]。穩(wěn)定回路是通過(guò)克服作用在框架軸上的干擾力矩等外界干擾而維持平臺(tái)穩(wěn)定的，因此，如何有效克服外界干擾是穩(wěn)定回路算法設(shè)計(jì)的研究重點(diǎn)。

隨著穩(wěn)定回路數(shù)字化控制方案的不斷發(fā)展，經(jīng)典PID校正和超前滯后校正控制方法已經(jīng)趨于成熟，但仍存在干擾抑制能力不足的問(wèn)題[8,9]。很多學(xué)者把現(xiàn)代控制理論應(yīng)用到平臺(tái)穩(wěn)定回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中進(jìn)行仿真分析，中科院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院系統(tǒng)科學(xué)所的宋金來(lái)模擬仿真了二階自抗擾控制（ADRC）下穩(wěn)定回路的相應(yīng)特性。目前，其算法對(duì)于二階系統(tǒng)的應(yīng)用較為成熟[10]。針對(duì)提高系統(tǒng)魯棒性問(wèn)題，北京控制儀器研究所的魏宗康博士進(jìn)行了平臺(tái)穩(wěn)定回路的∞魯棒控制設(shè)計(jì)研究，經(jīng)仿真取得了較好的結(jié)果[11]。中航工業(yè)第六一三研究所的王合龍等人，提出了采用變結(jié)構(gòu)控制對(duì)陀螺穩(wěn)定平臺(tái)進(jìn)行伺服控制的方法，一定程度地增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性[12]。針對(duì)抑制系統(tǒng)外部擾動(dòng)的問(wèn)題，長(zhǎng)春光機(jī)所的朱明超等人[13]提出了一種自適應(yīng)前饋控制方法來(lái)提高慣性穩(wěn)定平臺(tái)控制的指令跟蹤性能。目前穩(wěn)定回路中現(xiàn)代控制方法多數(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室仿真階段，在工程中應(yīng)用較少[14]。

本文首先根據(jù)實(shí)際平臺(tái)穩(wěn)定回路的結(jié)構(gòu)及工作原理對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模及分析，并對(duì)比分析了經(jīng)典PID校正、不完全微分PID校正在穩(wěn)定回路中的仿真效果，總結(jié)不完全微分PID的優(yōu)勢(shì)及仍然存在的問(wèn)題。接著根據(jù)實(shí)際平臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng)在不完全微分PID的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了擾動(dòng)觀測(cè)器，以實(shí)現(xiàn)高階系統(tǒng)的復(fù)合控制，旨在減小平臺(tái)穩(wěn)定過(guò)程中外界擾動(dòng)對(duì)穩(wěn)定回路的影響，提高魯棒性。最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明本文控制方法的可行性。

1 慣性平臺(tái)穩(wěn)定回路原理分析

1.1 基本工作原理及模型建立

本文以單自由度積分陀螺儀構(gòu)成的平臺(tái)穩(wěn)定回路為研究對(duì)象，對(duì)其基本工作原理及控制算法展開了研究，旨在提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。平臺(tái)穩(wěn)定回路的工作原理可以理解為一個(gè)伺服控制系統(tǒng)，作用在框架軸上的干擾力矩使平臺(tái)發(fā)生偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生角速度，并被陀螺儀敏感進(jìn)而發(fā)生進(jìn)動(dòng)，產(chǎn)生的角度偏差通過(guò)一系列電路最終轉(zhuǎn)換為控制電信號(hào)控制力矩電機(jī)輸出，從而產(chǎn)生與干擾力矩大小相等方向相反的平衡力矩，使平臺(tái)停止轉(zhuǎn)動(dòng)而穩(wěn)定在慣性空間中[15]。平臺(tái)系統(tǒng)的3條穩(wěn)定回路的結(jié)構(gòu)組成基本相同，本文主要對(duì)臺(tái)體軸穩(wěn)定回路進(jìn)行了建模、仿真與實(shí)驗(yàn)，其控制回路原理框圖如圖1所示。

圖1 平臺(tái)穩(wěn)定回路原理框圖

1.2 未校正系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

為便于選取校正網(wǎng)絡(luò)所需環(huán)節(jié)，這里取，即對(duì)未校正系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，則可得穩(wěn)定回路未校正時(shí)系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性如圖2所示。

由圖2可知，未校正網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的相角裕度及幅值裕度都不滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的條件，因此需引入校正控制網(wǎng)絡(luò)以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)性能。根據(jù)線性系統(tǒng)的校正原理可知，該校正網(wǎng)絡(luò)至少需引入微分環(huán)節(jié)提高相角裕度，為消除靜差還需要引入積分環(huán)節(jié)，再通過(guò)與比例環(huán)節(jié)相配合調(diào)整截止頻率達(dá)到期望的響應(yīng)輸出[16]。因此，采用PID控制可以簡(jiǎn)單方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正，本文后續(xù)章節(jié)將對(duì)經(jīng)典PID控制進(jìn)行分析并做出合理的改進(jìn)以適應(yīng)實(shí)際需要。

2 不完全微分PID與PID控制

2.1 不完全微分PID與PID的原理分析

對(duì)不完全微分環(huán)節(jié)進(jìn)行離散化遞推處理，可得：

當(dāng)微分環(huán)節(jié)的輸入設(shè)置為階躍函數(shù)時(shí)，其階躍響應(yīng)在各個(gè)采樣周期內(nèi)都有輸出，而不是集中在第1個(gè)采樣周期內(nèi)，其在各個(gè)采樣周期的輸出可表示為

可以看出，加入慣性環(huán)節(jié)的不完全微分控制可以拉長(zhǎng)微分作用時(shí)間，削弱微分在第1采樣周期內(nèi)的作用強(qiáng)度，這有助于抑制噪聲干擾并加快系統(tǒng)響應(yīng)速度。二者在各采樣周期內(nèi)的階躍響應(yīng)輸出強(qiáng)度與作用時(shí)間對(duì)比如圖3所示。

2.2 不完全微分PID與PID控制的仿真對(duì)比

在初始前放電壓為±0.5 V的方波，非定常值干擾力矩的初始條件下，針對(duì)2.1節(jié)中的慣性穩(wěn)定回路數(shù)學(xué)模型，分別采用PID控制和不完全微分PID控制對(duì)穩(wěn)定回路進(jìn)行校正，對(duì)比干擾力矩下穩(wěn)定平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度輸出曲線，如圖4所示。

由圖4可知，不完全微分PID控制相較于PID控制，其系統(tǒng)響應(yīng)曲線超調(diào)量明顯降低，響應(yīng)速度也得到提高。微分環(huán)節(jié)有助于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小超調(diào)量，但同時(shí)會(huì)使得系統(tǒng)抑制干擾的能力減弱[19]。經(jīng)典PID數(shù)字控制的微分環(huán)節(jié)只在第1個(gè)采樣周期內(nèi)起作用，不能按照系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)在整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程中起作用，且微分在第1個(gè)采樣周期內(nèi)作用很強(qiáng)，易引入高頻干擾量降低系統(tǒng)抗干擾能力或是產(chǎn)生溢出現(xiàn)象。

圖4 不完全微分PID與PID控制下系統(tǒng)輸出對(duì)比

不完全微分PID數(shù)字控制很大程度地削弱了微分項(xiàng)在第1個(gè)采樣周期內(nèi)的輸出強(qiáng)度并拉長(zhǎng)了微分的作用時(shí)間，使得數(shù)字控制器輸出的微分作用能在各個(gè)采樣周期按照偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)均勻地輸出，從而提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，減小超調(diào)量并一定程度地提高了系統(tǒng)地抗高頻干擾的能力，改善系統(tǒng)的性能，但對(duì)于低頻干擾力矩的抑制效果并不明顯。

3 擾動(dòng)觀測(cè)器/不完全微分PID復(fù)合控制器設(shè)計(jì)

3.1 擾動(dòng)觀測(cè)器基本原理

通過(guò)2.2節(jié)仿真實(shí)驗(yàn)可知，不完全PID控制雖然提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，改善動(dòng)態(tài)性能，但對(duì)于低頻干擾力矩的抑制效果并不明顯。為更好的抑制低頻擾動(dòng)對(duì)控制系統(tǒng)帶來(lái)的影響，擬在不完全微分PID控制的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)擾動(dòng)觀測(cè)器，即實(shí)現(xiàn)復(fù)合控制。其中擾動(dòng)觀測(cè)器的主要思想是通過(guò)測(cè)量實(shí)際系統(tǒng)輸出并和標(biāo)稱模型輸出進(jìn)行對(duì)比，估計(jì)可能存在的外部干擾和因系統(tǒng)模型建立不準(zhǔn)確而帶來(lái)的誤差總和，并將此估計(jì)值反饋補(bǔ)償給控制系統(tǒng)，達(dá)到消除干擾的目的。其原理如圖5所示。

圖5 擾動(dòng)觀測(cè)器的原理框圖

3.2 基于擾動(dòng)觀測(cè)器的復(fù)合控制器設(shè)計(jì)

結(jié)合平臺(tái)穩(wěn)定回路結(jié)構(gòu)、工作原理以及擾動(dòng)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)思想，本文設(shè)計(jì)了一種擾動(dòng)觀測(cè)器以補(bǔ)償外界干擾對(duì)穩(wěn)定回路造成的影響，并與不完全微分PID控制相互配合，進(jìn)一步提高平臺(tái)系統(tǒng)的魯棒性。其原理如圖6所示。

圖6 穩(wěn)定回路復(fù)合控制原理框圖

式中

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證加入擾動(dòng)觀測(cè)器的復(fù)合控制方法對(duì)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)低頻干擾的抑制效果，在相同非常值干擾力矩影響下，分別對(duì)不完全微分PID的經(jīng)典控制穩(wěn)定回路和基于觀測(cè)器的復(fù)合控制穩(wěn)定回路進(jìn)行仿真對(duì)比，分析框架軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度輸出曲線。

在相同初始條件下，對(duì)不完全微分PID控制及復(fù)合控制方法分別進(jìn)行仿真試驗(yàn)，對(duì)比兩種控制方法對(duì)平臺(tái)框架軸抗干擾能力的影響。

圖7 平臺(tái)框架軸角速度在兩種控制方法下的輸出對(duì)比

圖8 系統(tǒng)跟蹤誤差在兩種控制方法下的對(duì)比

由圖8可知，加入擾動(dòng)觀測(cè)器的復(fù)合控制可以在不影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的同時(shí)，顯著提升穩(wěn)態(tài)特性。其中框架軸最大搖擺幅度由0.2 rad/s降至0.03 rad/s，系統(tǒng)跟蹤誤差最大搖擺力矩幅度由0.015 N降至4×10-4N。

同時(shí)可以看出，由于高階系統(tǒng)與擾動(dòng)觀測(cè)器的濾波作用，高斯白噪聲對(duì)系統(tǒng)跟蹤誤差的影響很小，而對(duì)于框架角速度輸出，雖然也存在一定的濾波作用，高斯白噪聲的加入依然會(huì)使平臺(tái)框架軸在穩(wěn)定位置發(fā)生一定程度的搖擺和抖動(dòng)。因此，基于觀測(cè)器的復(fù)合控制可以在不影響不完全微分PID的控制品質(zhì)的同時(shí)，顯著提升系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)抑制低頻干擾的能力，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性，但對(duì)于功率譜密度在整個(gè)頻域內(nèi)均勻分布的白噪聲而言，其抑制效果有待提高。

為進(jìn)一步確定擾動(dòng)觀測(cè)器合適的低通濾波器時(shí)間常數(shù)，這里選取不同取值的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行過(guò)仿真試驗(yàn)，得到框架軸穩(wěn)定時(shí)的角速度變化情況如圖9所示。

圖9 平臺(tái)框架軸在兩種控制方法下的穩(wěn)態(tài)輸出對(duì)比

由圖9可知，當(dāng)調(diào)整擾動(dòng)觀測(cè)器的低通濾波器時(shí)間常數(shù)可以一定程度地改變系統(tǒng)抗干擾能力，當(dāng)時(shí)間常數(shù)減小，濾波帶寬提高時(shí)，系統(tǒng)的干擾抑制能力更強(qiáng)。但并不能說(shuō)明濾波器的時(shí)間常數(shù)越小越好，時(shí)間常數(shù)過(guò)小不僅不易工程實(shí)現(xiàn)，還可能會(huì)降低擾動(dòng)觀測(cè)器的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)發(fā)生諧振。因此，濾波器時(shí)間常數(shù)的選取要在系統(tǒng)擾動(dòng)抑制效果與穩(wěn)定性之間權(quán)衡。應(yīng)根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)合理選擇。

對(duì)比于其他控制方法，自抗擾控制及自適應(yīng)控制方法由于需要大量參數(shù)的試湊及高階權(quán)值矩陣的迭代，較為適用于雙自由度陀螺穩(wěn)定平臺(tái)為代表的二階系統(tǒng)，而以單自由度陀螺儀組成的高階系統(tǒng)為被控對(duì)象，基于觀測(cè)器的復(fù)合控制方法可以很大程度上減小計(jì)算量。此外，不同于∞魯棒控制、變結(jié)構(gòu)控制等純魯棒控制，復(fù)合控制將觀測(cè)器與不完全微分PID相結(jié)合，在保證系統(tǒng)的低超調(diào)，快響應(yīng)速度的同時(shí)，可以將平臺(tái)框架軸在低頻干擾力矩下的搖擺幅度降低一個(gè)量級(jí)，很大程度地改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性，提高系統(tǒng)的魯棒性。

5 結(jié) 論

本文以單自由度積分陀螺儀構(gòu)成的平臺(tái)穩(wěn)定回路為研究對(duì)象，對(duì)系統(tǒng)的校正網(wǎng)絡(luò)展開了研究。首先采用不完全微分PID控制可以對(duì)經(jīng)典PID控制中的微分環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，以削弱微分環(huán)節(jié)在第1個(gè)采樣周期內(nèi)的輸出強(qiáng)度，拉長(zhǎng)微分作用時(shí)間，使系統(tǒng)響應(yīng)輸出的動(dòng)態(tài)品質(zhì)得到提高。針對(duì)經(jīng)典控制理論的系統(tǒng)魯棒性不好的問(wèn)題，本文提出了擾動(dòng)觀測(cè)器與不完全微分PID相結(jié)合的方法對(duì)穩(wěn)定回路進(jìn)行校正，并對(duì)這一復(fù)合控制穩(wěn)定回路的抑制干擾能力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。仿真結(jié)果表明，對(duì)比于常規(guī)PID控制方法，擾動(dòng)觀測(cè)器/不完全微分PID復(fù)合控制可以在提高穩(wěn)定回路響應(yīng)速度、減小超調(diào)量的同時(shí)，大幅提高系統(tǒng)抑制低頻干擾的能力，改善穩(wěn)態(tài)性能。

[1] 徐景碩, 周勝明, 蔣華君. 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)綜述[J]. 科技信息, 2009, 35(2): 865-866.

Xu Jingshuo, Zhou Shengming, Jiang Huajun. Overview of the development and key technologies of inertial navigation system[J]. Science and Technology Information, 2009, 35(2): 865-866.

[2] 周徐昌, 沈建森. 慣性導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用[J]. 兵工自動(dòng)化, 2006, 25(9): 5-56.

Zhou Xuchang, Shen Jiansen. Development and application of inertial navigation technology[J]. Ordance Industry Automation, 2006, 25(9): 55-56.

[3] 祝彬, 鄭娟. 美國(guó)慣性導(dǎo)航與制導(dǎo)技術(shù)的新發(fā)展[J]. 中國(guó)航天, 2008, 1(1): 43-45.

Zhu Bin, Zheng Juan. New development of inertial navigation and guidance technology in the United States[J]. CASC, 2008, 1(1): 43-45.

[4] 吳俊偉. 慣性導(dǎo)航基礎(chǔ)[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué)出版社, 2001.

Wu Junwei. Inertial navigation foundation[M]. Harbin: Harbin Engineering University Press, 1990.

[5] 付常亮, 王瑋. 三軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)平臺(tái)框架控制耦合問(wèn)題研究[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用, 2015, 34(4): 79-82.

Fu Changliang, Wang Wei. Research on control coupling of three axisrotary inertial navigation platform frame[J]. Microcomuter and Its Application, 2015, 34(4): 79-82.

[6] 楊陽(yáng). 數(shù)字式雙軸陀螺穩(wěn)瞄控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 南京: 南京理工大學(xué), 2013.

Yang Yang. Design of digital biaxial gyro stabilized sight control system[D]. Nanjing: Nanjin Uniersity of Science and Technology, 2013.

[7] 賈福利. 平臺(tái)穩(wěn)定回路數(shù)字控制器的研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2006.

Jia Fuli. Research on digital controller of platform stabilization loop[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2006.

[8] Ang K H, Chong G. PID control system analysis design and technology[J]. IEEE Trans. Syst. Tech, 2005, 13(4): 559-576.

[9] 貢志波, 朱天輝, 彭鵬, 等. 平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)伺服回路故障分析與改進(jìn)措施[J]. 西安航空學(xué)院學(xué)報(bào), 2017, 35(3): 12-15.

Gong Zhibo, Zhu Tianhui, Peng Peng, et al. Fault analysis and improvement measures of servo loop for platform inertial navigation system[J]. Journal of Xi'an Institute of Aeronautics, 2017, 35(3): 12-15.

[10] 宋金來(lái)，甘作新，韓京清. 自抗擾控制技術(shù)濾波特性的研究[J]. 控制與決策, 2003, 18(1): 110-119.

Song Jinlai, Gan Zuoxin, Han Jingqing. Study on the filtering characteristics of auto disturbance rejection control[J]. Control and Decision, 2003, 18(1): 110-119.

[11] 魏宗康. 動(dòng)調(diào)陀螺四軸平臺(tái)系統(tǒng)建模及其智能控制設(shè)計(jì)[D]. 北京: 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院, 2001.

Wei Zongkang. Modeling and intelligent control design of dynamically tuned gyroscope four axis platform system[D]. Beijing: China Launch Vehicle Technology Research Institute, 2001.

[12] 王合龍, 朱培申, 姜世發(fā). 陀螺穩(wěn)定平臺(tái)框架伺服系統(tǒng)變結(jié)構(gòu)控制器的設(shè)計(jì)和仿真[J]. 電光與控制, 1998, (2): 24-29.

Wang Helong, Zhu Peishen, Jiang Shifa. Design and simulation of variable structure controller for gyro stabilized platform frame servo system[J]. Electronics Optics & Control, 1998, (2): 24-29.

[13] 朱明超, 劉慧, 張?chǎng)? 賈宏光. 慣性穩(wěn)定平臺(tái)自適應(yīng)前饋控制[J]. 光學(xué)精密工程, 2015, 23(1): 141-148.

Zhu Mingchao, Liu Hui, Zhang Xin, Jia Hongguang. Adaptive feedforward control for inertial stabilized platform[J]. Optical Precision Engineering, 2015, 23(1): 141-148.

[14] 楊曌. 基于現(xiàn)代控制理論的電機(jī)應(yīng)用實(shí)例[J]. 2013, 43(2): 33-35.

Yang Zhao. An example of motor application based on modern control theory[J]. 2013, 43(2): 33-35.

[15] 舒駿逸. 兩軸四框架跟蹤平臺(tái)伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 北京: 北京理工大學(xué), 2016.

Shu Junyi. Design and implementation of servo control system for two axis and four frame tracking platform[D]. Beijing: Beijing Institute of Technology, 2016.

[16] 劉勝. 自動(dòng)控制原理[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2012.

Liu Sheng. Principle of automatic control[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2012.

[17] 徐江華. 自整定PID控制的理論、軟件及應(yīng)用研究[D]. 上海: 上海交通大學(xué), 2004.

Xu Jianghua. Research on theory, software and application of self tuning PID control[D]. Shanghai: Shanghai Jiao Tong University, 2004.

[18] Shinskey F G. Process control systems[M]. New York: McCraw-Hill, 1979.

[19] Abdo M M, et al. Stabilization loop of a two axes gimbal system using self-tuning PID type fuzzy controller[J]. ISA Trans., 2014, 53(2): 591-602.

[20] Hirata K, et al. Stability analysis of disturbance observer based controllers for two-wheel wheelchair systems[J]. Adv Robot., 2014, 28(7): 67-77.

Disturbance Observer/Incomplete Differential PID Compound Control for Inertial Stabilized Platform

Zhong Jing-jia, Yang Gong-liu, Wang Ting, Yu Pei

(School of Instrumentation Science and Opto-electronics Engineering, Beihang University, Beijing, 100191）

In order to improve the steady-state performance of inertial stabilized control loop, a compound control algorithm combining disturbance observer (DOB) with incomplete differential PID is proposed. The DOB is used to observe the external disturbances in the control loop and compensate it to the original system. It improves the stability of the system while enhancing the disturbance rejection and robustness. The simulation results show that the disturbance observer / incomplete differential PID compound control algorithm can significantly improve the steady-state performance of the inertial stabilized platform. Compared to the conventional PID control, the compound control method not only improves the response speed of the system, but also improves the disturbance rejection capability of the system and the stability accuracy.

inertial stabilized platform; disturbance observer; incomplete differential PID; disturbance rejection

V448

A

1004-7182(2020)02-0072-06

10.7654/j.issn.1004-7182.20200214

鐘婧佳（1994-），女，助理工程師，主要從事導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制的研究。

楊功流（1968-），男，研究員，博導(dǎo)，主要從事導(dǎo)航與控制方向的研究。

王 汀（1972-），男，研究員，博導(dǎo)，主要從事導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制的研究。

于 沛（1989-），女，博士研究生，主要從事導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制的研究。

2019-06-01；

2019-09-19