动基座光电平台伺服系统扰动力矩抑制能力仿真与分析

　　在动基座光电平台视轴稳定跟踪时，尤其是在长焦距跟踪目标时，由于风阻、载体晃动、摩擦等所带来的扰动力矩影响，平台视轴晃动量比较大，导致成像质量下降，甚至造成跟踪失败。动基座光电平台伺服系统在正常工作时，处于频繁地起动、制动状态中，对动态性能要求很高，需要具有较强的动态抗扰性能，而在实际平台伺服系统设计中，带有电流环、速度环的传统双闭环调速系统难以克服扰动力矩这一关键影响因素。因此，在设计动基座光电平台伺服系统回路时，需要把扰动转矩也看作输入，则调速系统是双输入(速度和扰动力矩)、单输出(转速)系统[1]。充分考虑这一性质，并采取有效策略对扰动力矩加以抑制。

　　1 扰动力矩抑制策略

　　为了使扰动力矩作用下的动基座光电平台的系统跟踪误差尽可能小，就要相应提高其伺服系统的刚度。在传统的电流、速度双闭环调速系统中，通过提高速度或位置反馈增益，虽然可以提高伺服系统的刚度，但伺服系统带宽也相应地增大，从而使得系统无法有效抑制噪声干扰，甚至造成伺服系统的不稳定。目前，对扰动力矩常用的有效控制策略是在电流、速度双闭环调速系统的基础之上增加加速度环，即引入加速度反馈闭环。采用加速度反馈

　　的方法，则可以在不改变速度和位置环带宽的情况下提高伺服系统的总体动态刚度[2]。

　　2 扰动力矩抑制分析

　　如图 1 所示， 为电流环校正传递函数，为反电动势， 为电磁时间常数， 为电机内阻。从图 1 可以看出， 位于电流环内，可以被抑制。

　　反电动势对电流环来说只是一个变化缓慢的扰动作用，所以在忽略电动势影响下，电流环闭环传递函数为：

　　由(1)式可以看出，在不影响仿真的情况下，假设 设计的理想，则电流环化简为理想的比例环节 KT。

　　未引入加速度反馈闭环的传统伺服系统原理框图如图 2 所示。

　　图 2 中， 为扰动力矩; 为速度环校正参数; 为位置环校正参数。

　　未引入加速度反馈闭环时，伺服系统动态力矩刚度为

　　引入加速度反馈闭环的伺服系统原理框图如图3 所示。

　　引入加速度反馈闭环时伺服系统动态力矩刚度为

　　由图 2、图 3 可以看出，扰动力矩在电流环之外，加速度环、速度环内。这说明加速度环、速度环对扰动力矩都有抑制作用。

　　将加速度环简化为P(比例)控制，则 = ，代入(3)式可得