面向柔性铰链耦合六自由度光电稳定平台的分层复合控制方法

《IEEE Access》：Design of Composite Control System for Six-Degree-of-Freedom Stabilized Platform

　　

摘要：

柔性铰链共振和载体引起的偏心耦合扭矩严重降低了六自由度（6-DOF）光电稳定平台的视轴（LOS）精度，而传统的单闭环比例-积分-微分（PID）控制无法同时抑制结构共振、实现全频段扰动抑制并保持闭环稳定性。本文提出了一种针对八音圈电机（VCM）冗余驱动内框六自由度平台的分层复合控制方法。其创新之处在于控制目标的分解：为平移子系统设计了主动阻尼控制器以抑制柔性铰链共振并隔离基座振动，同时为旋转子系统构建了级联陷波、峰点和超前环节的滤波器反馈回路，以在扰动主导频段选择性提升环路增益，而不会侵蚀相位裕度。此外，引入了基于牛顿-欧拉刚体动力学的加速度驱动前馈补偿器，以在偏心耦合扭矩传播至闭环之前主动抵消该扭矩。在真实平台上的综合实验验证表明，与传统的单闭环PID控制相比，所提方法在纵向随机振动条件下将方位和俯仰视轴误差分别降低了55.53%和61.39%，并在横向、纵向和垂直激励方向上实现了均衡的微弧度级视轴精度（约1.3–3.8 μrad）。