● 摘要
航空遥感在资源勘察和灾害监测等关系到国计民生的领域中发挥着日益重要的作用，为获得高分辨率的遥感图像，飞行器需做理想匀速直线飞行。但由于外界扰动的影响，飞行器实际运动将偏离理想运动，从而导致遥感成像分辨率下降、像质退化。机载跟踪稳定平台能够隔离飞行载体角运动、振动等因素对遥感载荷的影响，进而提高成像的质量和实时性，同时具备对指定目标进行快速跟踪的功能。
高压电网巡线的遥感应用要求遥感图像信息具有多样性的特点，要实现图像信息的多样性需要遥感系统中的成像载荷具备多维性功能，即需要多种成像载荷同时工作。为了实现这种特殊的遥感应用需求，需要研制一种机载专用跟踪稳定平台用来装载多种载荷。载荷种类多、重量大且安装分布不均等因素会对平台框架产生严重的偏心力矩的影响，平台还会受到大气湍流、飞机振动等外部扰动以及多框架耦合、摩擦力矩和机械振动等内部扰动的影响，这些影响都会严重降低平台的跟踪稳定精度。所以本文以机载专用多载荷跟踪稳定平台为研究对象，依次对系统建模与分析、框架角速度和力矩耦合分析、框架系统解耦控制、摩擦力矩和平台质量不平衡力矩等干扰力矩的补偿以及柔性传动引起的振动抑制等方面进行了深入研究。
1、首先介绍机载专用多载荷跟踪稳定平台系统组成，然后以刚体动力学理论为基础，采用Newton-Euler法建立了跟踪稳定平台的多框架动力学模型，并建立平台控制系统数学模型，为研究跟踪稳定平台的伺服控制方法奠定理论基础。
2、针对平台中多框架和基座相对转动带来的耦合力矩对平台控制精度的影响，对框架角速度、转动惯量和力矩耦合关系进行了详细的分析，提出了一种基于反馈线性化和神经网络相结合的解耦控制方法，并对不同强度的耦合力矩进行了多框架解耦控制实验，实现了多框架非线性耦合系统的解耦，提高了平台框架的姿态稳定精度。
3、针对平台框架受到质量不平衡力矩和非线性摩擦力矩等多源外部扰动力矩的影响，建立了机械摩擦力矩模型和质量不平衡力矩模型，提出了一种基于径向基函数的神经网络和干扰观测器相结合的自适应干扰补偿算法，将两个控制器的输出前馈到控制系统中，并利用Lyapunov稳定性理论证明了系统的稳定性，实现了作用在跟踪稳定平台上的多源外部干扰力矩的补偿，提高了平台的快速跟踪与抗干扰能力。
4、针对平台框架伺服系统中柔性传动机构引起的振动问题，对振动成因进行理论分析，提出了一种基于自适应黄金分割控制与干扰观测器相结合的振动抑制方法，针对参数辨识的误差和干扰估计误差的问题，在控制器中加入积分控制项对其进行抑制，对不同频率的期望姿态角度进行了跟踪实验，实现了机械振动的有效抑制，提高了跟踪稳定平台的跟踪精度。
本论文所研究的安装在无人直升机上的跟踪稳定平台已经成功应用于电力线路巡检作业中，从2014年6月到2014年12月对清远220kV韶林线、湛江220kV雷霞线等20多条线路进行了巡检，发现了高压线杆塔中存在100多处故障。实际的飞行巡检结果表明该平台能够正常工作，使成像载荷视轴稳定且精确跟踪姿态指令，得到高分辨率的遥感图像。