题目：高性能飞行仿真转台鲁棒控制研究

三轴飞行仿真转台可以通过对其三个框分别施以不同的运动来模拟飞行器及导弹在空中的各种飞行动作和姿态，是飞行器和导弹研制过程中进行地面半实物仿真的重要实验设备，在飞行控制和制导武器的研制中起关键作用。作为典型位置伺服系统的飞行仿真转台系统存在诸如机械摩擦、传动轴机械变形等非线性因素以及负载的不平衡力矩、轴系间的力矩耦合、系统中电气参数波动、环境干扰和系统未建模动态等一系列不确定性因素。随着转台系统技术指标的不断提高，尤其是系统动态性能指标的提高，转台系统中存在的非线性和不确定性因素制约系统性能提高的作用越来越明显地体现出来。传统的基于对象精确数学模型的方法，如PID、前馈等方法都难以满足转台高性能的控制要求。因此，研究能够克服对象不确定性和外部干扰的鲁棒控制方法是转台控制的发展趋势之一。与此同时，随着国内控制技术和制造工艺水平的提高以及国防工业的迫切需要，先进的飞行器要求具有越来越高的控制精度和机动性能，这就要求作为仿真或标定设备的转台系统必须具有更高的静态和动态性能。研制高性能的飞行仿真转台控制系统已经成为当务之急。Backstepping设计方法是近几年兴起的一种基于Lyapunov稳定性理论的比较先进的非线性鲁棒控制方法，是针对不确定性系统的一种系统化的控制器综合方法，将Lyapunov 函数的选取与控制器的设计相结合，进行递推设计，通过从系统的最低阶次微分方程开始引入虚拟控制的概念，一步一步设计满足要求的虚拟控制，最终设计出真正的控制律。本文针对Backstepping这种鲁棒设计方法在转台中的应用问题进行了研究，着重在以下几个方面进行了开创性的研究工作：1. 系统地分析了三轴飞行仿真转台系统的数学模型，着重分析了系统的非线性和不确定性因素对系统控制品质的影响。建立了三轴飞行仿真转台系统的非线性数学模型。2. 针对转台模型参数为时变参数的特点，设计了自适应Backstepping控制器。基于Lypunov理论给出了系统的鲁棒稳定性证明。3. 针对转台系统低速时存在的非线性摩擦现象，基于LuGre动态摩擦模型，设计了自适应Backstepping摩擦补偿控制器。有效地补偿了系统的低速摩擦影响。4. 在转台实际调试应用中，针对自适应Backstepping控制器中控制律和参数更新律的参数调节困难的问题，提出了基于线性干扰观测器（LDO）的鲁棒Backstepping控制器的设计方法，使控制器更加实用。5. 为了克服三轴飞行仿真转台系统中三框耦合干扰的影响，提出了基于非线性干扰观测器（NDO）的三轴飞行仿真转台鲁棒Backstepping控制器。通过选择设计参数，可以保障所提出NDO的全局指数稳定性。在实现三轴飞行仿真转台系统的三框非线性解耦控制的同时，又克服了系统的低速摩擦影响。