光电伺服控制系统多回路内模控制器分析与设计

针对光电稳定平台中伺服控制系统的模型不确定性、内外部扰动和传感器误差等各项因素,提出基于多回路、双自由度内模控制的稳定环控制器设计方法,实现对各项误差因素的控制器分层设计。首先,对伺服控制系统的单回路控制结构和多回路内模控制结构进行描述,并深入分析了两者的误差扰动和模型扰动抑制性能;然后,详细讨论了多回路内模控制结构中,电流环、速度环和稳定环控制器的详细设计过程,并给出基于双DSP的伺服控制系统硬件电路设计和软件流程实现。最后,系统的时域特性实验和载体姿态扰动、摩擦力矩干扰、模型参数摄动实验表明:多回路内模控制结构具有良好的指令跟踪精度、扰动抑制性能和鲁棒特性,最终的稳定精度达到0.006°(0.1 mrad)。

升降式光电探测平台定位原理与误差分析

针对升降式光电探测平台的高精度目标定位要求,提出了一种基于多体系统理论的误差分析与建模方法。在系统总体结构的基础上,采用低序体阵列和齐次坐标变换矩阵,分别描述系统的拓扑结构和各坐标系之间的转换关系。同时,详细分析了各项误差因素的特性和产生机理,建立目标定位误差模型,并给出误差概率分布列表。Monte Carlo仿真实验表明:影响定位精度的主要因素为轴系零位误差、光轴一致性误差、轴系垂直度误差、姿态测量组合和传递装置安装误差。外场实验表明:误差校准后,系统的最终测角精度优于0.07°。

基于模糊加权EKF的车载光电桅杆姿态估计算法

针对车载桅杆式光电探测平台静动态情况下的姿态测量问题,提出了一种基于模糊加权的姿态估计算法。首先采用欧拉角法描述姿态运动学方程,并在详细分析陀螺和倾角仪数学模型的基础上,推导出系统的非线性连续状态空间模型;然后采用EKF对系统进行线性化和离散化,并在卡尔曼滤波框架下,提出姿态角和陀螺漂移的加权量测更新方程;最后通过分析加权值与载体运动状态的关系,提出了基于模糊推理系统的加权值确定方法。实验结果表明:该算法能够精确估计桅杆的姿态角运动,精度为0.041°。同时克服了倾角仪容易受振动和加速度干扰,以及陀螺的长期测量误差问题,并能在线实时估计补偿陀螺漂移。

导引头伺服系统隔离度与测试

角扰动隔离是导引头的一个重要功能,通常用隔离度来评价导引头的扰动隔离性能。为了实现对导引头隔离度的快速测试,本文分析了导引头直接稳定和间接稳定的扰动隔离原理,建立了导引头的隔离度模型,最后通过分析导引头的稳定回路结构,提出了一种适用于导引头伺服系统调试阶段的,基于dSPACE半实物仿真系统的隔离度测试方法。该方法通过在稳定回路中施加干扰信号实现隔离度的快速测试,不需要使用飞行仿真转台模拟载体运动。与传统测试方法相比,具有系统组成简单、测试速度快的特点。采用该方法对某红外成像导引头稳定回路进行了隔离度测试,测试结果接近于传统测试方法的测试结果,其误差<2dB,表明使用该方法测量导引头或其他动载体光电平台的隔离度是可行的。

光电稳定平台中陀螺随机漂移的处理方法

在详细分析陀螺随机漂移对光电稳定平台精度影响的基础上,提出了Allan方差与功率谱相结合的分析和评价标准,采用了时间序列分析法进行建模。针对光电稳定平台不同的应用环境,分别比较了陀螺随机漂移的处理方法。实验证明,前向线性滤波在中高频段的噪声滤除方面,要优于低通滤波器;同时在保留低频段的有用信号和了解噪声特性方面,要优于卡尔曼滤波;而且在实时的在线应用方面,要优于小波滤波。结果表明:前向线性滤波适合于高带宽光电稳定平台系统的实时在线应用。

导引头伺服机构的控制系统分析与设计

针对导引头伺服装置的特点,推导了装置在搜索和跟踪工作模式下的输入输出特性,并重点分析了在这两种工作模式下,装置指令跟踪性能和扰动隔离性能之间的差异,指出了传统的只考虑陀螺稳定回路的系统隔离度指标确定与测试方法的局限性,同时提出了采用位置回路补偿陀螺随机漂移误差的方法。该研究为导引头伺服装置,以及其相关光电稳定跟踪装置的陀螺选型、控制系统设计及性能指标测试提供了参考和理论依据。

精密行星滚柱丝杠的传动特性

设计了一种基于行星滚柱丝杠的精密传动机构。根据机电伺服系统的使用要求,分析了行星滚柱丝杠的传动特性。详细阐述了该传动机构的组成、工作原理和主要特点,分析了传动精度和传动效率这两项核心技术指标,得到了各项误差对传动精度的影响程度,如行星滚柱丝杠单向传动误差和回程误差,驱动电机、联轴器、支撑轴承、测量装置和控制系统等的中间装置误差,以及环境因素误差等,推导了传动效率与接触角、螺旋升角的相互关系。最后,构建了实验平台,测试了行星滚柱丝杠的传动精度和传动效率,结果表明其传动精度优于1.5μm,传动效率优于74%。得到的结果验证了设计的传动机构结构紧凑、承载能力强、传动效率高,传动精度好,在精密传动领域有较大的应用价值。

基于PC104总线的加速度计测试系统设计与实现

文章介绍了在PC104总线基础上,将横法向加速度调整台和高精度数字万用表HP34401通过串口结合起来,组成的一套加速度计测试系统,并详细说明系统各部分的工作原理,硬件组成及软件实现。

稳定平台中通用陀螺数据采集处理系统

为提高稳定平台的性能,针对平台中各种类型陀螺高速度、高精度、宽动态范围的设计指标要求,研制了一种通用数据采集处理系统。在详细分析动力调谐、光纤和微机械陀螺典型型号性能参数指标的基础上,提出了系统的设计指标要求,选择8通道24位∑-?高精度模数转换器ADS1278和32位数字信号处理器TMS320F2812,设计实现系统的硬件电路,编写了相关的软件程序,并进行了实验验证。实验表明:系统的转台测试数据与陀螺出厂标定的性能参数之间,测量误差小于1%,完全满足稳定平台中陀螺的应用要求。

基于LabWindows/CVI的实时多任务光电观瞄装置操控软件

针对传统嵌入式实时操作系统不能快速实现操控软件开发的问题,采用多线程机制实现车载光电观瞄装置操控台多种并发任务。介绍系统的总体结构,利用LabWindows/CVI9.0和外置通信卡、视频卡等工具,探讨了采用多线程机制实现该操控台多种并发任务的方法,并给出多线程、视频显示及信息叠加、通信次线程的具体实现方法以及系统试验结果。结果表明,该程序能获得更快地的响应、更小的阻塞和更全面的性能;其人机界面简单,重要信息指示明确,简化用户操作。

逆M序列激励下石英挠性加速度计传递函数的时域建模

通过机理分析建立了石英挠性加速度计传递函数的数学模型，介绍了逆M序列参数选择的原则、辨识原理及算法的具体实现流程，并利用Matlab／Simulink库给出了算法的仿真验证。最后，搭建了加速度计数据采集系统，辨识其传递函数。该算法有很广的适用范围。

无线电导航系统中基于GDOP的伪卫星定位误差研究

在卫星导航系统中,卫星定位的精度等性能很大程度上取决于定位卫星之间的相对几何布局,而GDOP(几何精度因子)正是衡量定位卫星几何布局优劣的一个很好的量度。为了更好地提高伪卫星的定位精度,从GDOP值的研究入手,得出一种基于加权GDOP(WGDOP)值的地面伪卫星定位误差算法。最后经过仿真比较基于常规GDOP和WGDOP两种精度因子的定位误差的大小,体现出WGDOP算法的优越性。

光电探测系统指向误差分析、建模与修正

针对光电探测系统(EODS)的高精度指向要求,提出一种基于半参数回归模型(SPRM)的改进算法。全面分析了误差来源,如光学系统的光轴一致性误差、机械框架的垂直度和回转误差、控制系统的稳定跟踪误差等,采用多体系统运动学理论,建立了具有明确物理意义的指向误差线性模型。同时,针对系统中的非线性误差因素,提出了半参数回归模型改进算法。数值仿真表明:改进算法能够很好地抑制测量数据中非线性误差的干扰,参数辨识精度优于0.6″;转台实验表明:修正后,系统的指向精度从23.41″提高到2.00″。

稳定平台中陀螺漂移自适应实时估计算法

针对陀螺稳定平台的漂移问题,建立了陀螺稳定跟踪装置在不同工作模式下陀螺漂移的数学模型,指出稳定模式下包含常值漂移和相关漂移的陀螺低频噪声是影响稳定精度的主要原因。提出一种自适应实时估计算法,采用卡尔曼滤波框架和滤波器收敛判据,结合Sage-Husa滤波和加权Sage-Husa滤波算法,利用跟踪器跟踪静止目标时输出的脱靶量信号对陀螺常值漂移和相关漂移进行估计。实验结果表明:该算法能够在系统模型和噪声特性均不准确的情况下使用,收敛时间小于3s,估计均方差小于0.02(°)/s,具有良好的鲁棒性和自适应能力。