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自抗扰控制在无阻尼惯性导航系统中的应用研究
随着科技的发展，无人机等航空器的应用范围越来越广泛，惯性导航系统也因此成为一个越来越重要的技术领域。惯性导航系统通过使用加速度计和陀螺仪来测量和跟踪飞机的速度、姿态、位置和加速度等信息，以帮助飞机精确地定位和导航。然而，由于保持其测量值的稳定性和可靠性需要高质量的传感器和处理算法，因此，系统中经常会受到各种扰动，如机械振动、气动、温度等干扰。这些扰动可能会影响姿态角度的精度和稳定性，因此、必须寻求一种有效的方法来抵抗它们所带来的影响。本文将介绍一种称为自抗扰控制的技术，并探讨其在惯性导航系统中的应用。
1.自抗扰控制原理
自抗扰控制（InternalModelControl，IMC）是一种基于反馈控制和模型预测控制的技术。简单来说，它将预测控制和反馈控制相结合，以使系统对外界干扰产生预测并进行相应补偿，尽量减小干扰的影响。具体而言，系统将构建一个模型，来反映系统本身的动态特性和外部干扰的影响，同时使用控制器对模型进行预测，来进行补偿。基于IMC的控制策略与传统控制策略相比，控制器本身就具有抑制干扰的功能，因此更加稳定和鲁棒。
2.自抗扰控制在无阻尼惯性导航系统中的应用
作为一个高动态系统，惯性导航系统的精度取决于机身姿态的稳定性和测量传感器的精度。由于各种外界干扰，惯性导航系统常常会出现误差积累，导致导航精度降低。因此，将自抗扰控制技术应用于惯性导航系统，可以提高系统的鲁棒性和稳定性，归纳如下：
（1）对姿态角度进行控制
惯性导航系统的仪器安装、运动状态和外部干扰等因素导致快速变化的姿态角度，如飞行器纵横滚转角、俯仰角、偏航角等，这些变化常常导致传感器误差和导航不准确。采用自抗扰控制技术，可以捕捉外界干扰的特征，并对后续姿态角度进行预测和补偿控制，维持姿态角的稳定性，提高导航的精度和鲁棒性。
（2）对速度控制进行补偿
在惯性导航系统中，速度测量值也容易受到多种外界干扰因素的影响而产生误差。使用自抗扰控制技术，可以将这些干扰添加到控制器中，预测后续速度的变化，并进行补偿控制，减小干扰产生的误差，提高速度测量的精度和稳定性。
（3）抵抗机械振动和气动干扰
在飞行状态下，惯性导航系统常常会面临机械振动和气动干扰等多种外界干扰。这些干扰产生的动态效应会对导航精度和稳定性产生影响。使用自抗扰控制技术，可以将这些干扰所产生的动态特点表示在模型中，并使用控制器进行预测和反馈，实现干扰的抵抗和系统的鲁棒性提高。
3.总结
本文介绍了自抗扰控制技术在惯性导航系统中的应用。基于反馈控制和模型预测控制的技术，自抗扰控制可以减小系统对外界干扰的敏感性，并提高系统的精度和鲁棒性。在惯性导航系统中，自抗扰控制技术可以通过对姿态角、速度、机械振动、气动干扰等因素的预测和补偿，使系统更加稳定和准确。自抗扰控制技术的应用可以提高无人机等航空器的自主性和导航精度，将来必将在未来的空中交通管制和导航领域受到更广泛的应用。