经纬仪角度测量系统的实时侦错

为了保证测角系统输出数据的正确性,防止经纬仪伺服控制系统接收到错误的角度编码而发生失控事故,设计了角度测量系统的实时侦错算法。通过轴角编码器前三帧的角度数据预测当前帧的角度数据,比较预测的角度数据与实际采集到的当前帧的角度数据,如果误差大于最小误差容限ε,即认为当前帧的角度数据错误。实验以24位光电轴角编码器为对象,模拟在不同转速下发生编码错误时,侦错算法的有效性。结果表明,在1°/s的低转速下,编码器"跳码"的最小误差容限可达到0.001 25°;在50°/s的高转速下,最小误差容限可达到0.062 5°。验证了侦错算法的正确性,达到了良好的侦错效果。

钢圈反射式光栅信号的补偿

为了提高钢圈反射式光栅的测量精度,设计了光栅信号补偿系统,分别对光栅信号的幅值、直流电平和相位进行了补偿,补偿后两路光栅信号的正交性得到了改善。首先,根据钢圈反射式光栅提取信号的方式建立光栅信号电子学处理系统。然后,分别从幅值、直流电平和相位等3方面提出系统的补偿算法。以8 192lp/mm的钢圈反射式光栅为平台,以实际的精度检测结果为评判依据,对提出的信号补偿系统进行了实验验证。结果表明,补偿后的光栅精度比补偿前提高了2.28″,提高幅度达到50%。实验结果验证了光栅信号补偿方案的可行性。

新型轻武器火控系统测角仪的研究

为提高轻武器的打击精度,为火控系统设计了一种新型测角仪.首次采用光电轴角编码器作为角度传感器.系统采用三个编码器,分别对榴弹发射器的枪管高低角,智能光学瞄具的高低角和枪管的水平位置给出15位二进制实时角度值,高低方向自动测角,水平方向自动测速,测角精度＜80 s.实验结果验证了系统设计的正确性,距离1640 m的射击精度＜15 m,符合战术指标要求.

基于CPLD矩阵式编码器译码方法的研究

为提高矩阵式编码器的译码速度,提高可靠性,设计一种新型译码方法。以可编程逻辑阵列(CPLD)为核心,采用硬件描述语言,分别实现了对编码器粗码、精码的译码及精粗码的校正逻辑运算,最终输出二进制角度代码。时间分析仿真的结果表明,译码的速度小于50ns.

准绝对式距离码编码器的研究

为了减小光学轴角编码器的体积,提高测量的精度,研制新型距离码编码方法。码盘刻划两圈码道,外圈为28800对线的增量式主光栅,内圈刻有200个区域标记点,通过判断两个相邻标记点之间的主光栅对数来确定码盘所处的绝对位置。通过对主光栅的计数和对莫尔条纹信号的细分,码盘的测角分辨力可达到0.005″,精度为0.26″。

八矩阵超小型绝对式光电编码器

为了实现高精度、高可靠性、绝对式光电编码器的小型化,研究了编码器的编码方式和读数头的结构。介绍了编码器码盘所采用的八象限矩阵编码(即八矩阵码)原理,对比传统四象限矩阵码,八矩阵编码的优点在于它仅需两圈就可以实现10位自然二进制编码:码盘第一圈四路信号实现格雷编码的高三位,第二圈八路信号实现格雷编码的低七位;再经格雷编码与自然二进制的译码关系,得到10位自然二进制码。运用错位移相的方法设计了狭缝的精码窗口,获得了圆光栅莫尔条纹;同时,采用单头读数,减少了发光元器件(光源)的数量。最后,介绍了信号提取方法。实验结果表明,设计的八矩阵编码器实现了超小体积为Φ25mm×16mm,重量<28g,分辨率经过电子细分达到了16位,精度(1σ)优于30″。极高的可靠性可保证该编码器在极其苛刻条件下长期正常工作,适于在航空航天和军事领域应用。

动基座光电稳定平台伺服系统中加速度反馈的实现

在动基座光电稳定平台伺服系统中引入了加速度反馈闭环以提高其动态性能。考虑准确建立动基座光电稳定平台控制对象模型难度很大,该加速度反馈闭环没有基于控制对象模型,而是通过直接测量角加速度信号来实现。仿真、分析结果表明,加速度反馈闭环的引入有效提高了伺服系统动态力矩刚度,并改善了伺服系统起动、制动性能。引入加速度反馈闭环后,动基座光电稳定平台伺服系统对摩擦力矩抑制能力明显提高;对周期性扰动抑制能力提高了9.3dB;对速度阶跃响应超调量降低了4.9%,同时过渡过程也有极大的改善。该伺服系统不仅结构简单,鲁棒性强,且有较好的通用性。

光电陀螺稳定平台的分数阶控制

为了提高光电陀螺稳定平台的隔离度,改善其在速度扰动情况下的稳定精度和跟踪精度,将分数阶PIλ控制器引入到光电陀螺稳定平台的速率环控制中。首先,说明了采用常规PI控制提高系统精度的弊端,介绍了分数阶微积分和分数阶PIλDμ控制,提出采用分数阶PIλ控制器来提高控制系统的控制精度。然后,针对采用电流环的等效一阶纯积分控制对象,提出基于稳定裕度和剪切频率的设计方法,该方法同样适用于整数阶PI控制器。最后,以机载光电陀螺稳定平台为研究对象,分别采用分数阶PIλ和整数阶PI控制器进行了阶跃响应、速度扰动隔离和稳定精度的实验研究。实验结果表明,采用分数阶PIλ控制器的系统具有阶跃响应超调量小的优点,在幅值为3.14(°)/s,频率为0.5Hz的速度扰动下,速度扰动隔离度提高了约38%,稳定精度提高了约40%。实验表明,与整数阶PI控制器相比,采用分数阶PIλ控制器可在保证稳定裕度的前提下提高系统的控制精度,且与整数阶PI控制器一样具有易于工程实现的优点。

基于模糊PID的激光定位投影仪自动调焦控制系统设计与仿真

为了提高激光定位投影仪的投影精度,使激光定位投影系统在不同距离的投影面上均能实现精准聚焦,对系统中的调焦模块进行了研究,设计了一种自动调焦控制系统,并与模糊PID控制算法相结合。根据自动调焦控制系统的数学模型,在Matlab中分别使用模糊PID控制和PID控制对系统的动态性能进行仿真研究。仿真结果表明,在只输入阶跃信号时,模糊PID控制响应时间缩短了6.27%,调节时间缩短了39.15%,超调量由7.15%下降到0。在施加干扰信号时,模糊PID控制产生的波动较小、稳定性更好,产生的超调量减小了37.98%,恢复的时间也更快,调节时间缩短了28.03%,具有更好的鲁棒性。

车载光电侦察平台视轴稳定技术研究

为了进一步提高光电平台伺服控制系统的抗扰动能力,提出一种基于自抗扰控制器的改进型速度稳定回路。首先,分析了平台视轴稳定回路的数学模型并引入电流环对其进行了化简,通过伺服控制系统中扰动作用原理,引入扰动总和的思想。然后,设计含有降阶扩张状态观测器的自抗扰控制器,对扰动总和实时观测并进行线性化前馈补偿。最后,以某型车载光电平台为控制对象,进行了PI控制器与自抗扰控制器的对比实验。实验结果表明,采用自抗扰控制器伺服控制系统相比PI控制法的阶跃响应速度更快,超调幅值仅为PI控制法的26.98%。使用摇摆台引入的频率为2.5Hz的正弦扰动,系统稳态误差幅值仅为PI控制法的9.76%。在系统模型参数改变±15%范围内,自抗扰控制器仍具有良好的抗扰能力,表现出很强的鲁棒性,满足光电平台的性能要求,对提升平台抗扰能力有着较高的实用性。

太阳辐射表检定系统多维工作台的线性自抗扰优化控制

为提高多维工作台定位精度,提出一种线性自抗扰优化控制策略。根据多维工作台转臂机构机械结构特性建立数学模型并搭建控制系统。为补偿已知和未知扰动,将控制系统位置环引入线性自抗扰控制器,并加入混沌粒子群算法对控制器参数进行优化。最后进行仿真分析和实验验证。结果表明,线性自抗扰优化控制策略下的定位精度较传统比例积分控制策略和线性自抗扰控制策略分别提高约89.46%和76.33%。多维工作台转臂机构控制系统采用线性自抗扰优化策略,响应速度快,没有超调量,提高了多维工作台的定位精度,提高了太阳辐射表检定系统的使用性能。

一种针对空间突发闪光目标的测角系统

针对空间闪光目标发生时间和位置的随机性,持续时间短等特点,研制了一种基于线阵CCD作为探测器的实时测角系统,阐述了系统的组成、测量原理,并设计一种新型软件滤除背景光的算法,结合数字化求重心法得出闪光目标的角度位置。实验结果验证了本测角系统方案的正确性。

针对空间突发闪光目标的二维测角方法

本文基于对光目标单狭缝测角原理的分析,提出了一种针对空间突发闪光目标二维角度的测量方法。介绍了此方法的测角原理,测角装置的系统设计、数据分析处理和算法实现。通过与经纬仪对太阳光测量的对比实验,得出测量精度,验证了方案的可行性。

基于LED光源的运动式太阳模拟器控制系统

为了解决编码式太阳敏感器装星后现场的功能测试,研制了一种基于LED光源的运动式太阳模拟器,为该测试提供模拟的太阳光信号和太阳光矢量信号.基于太阳模拟器组成与工作原理,对光源辐亮度和矢量运动的控制系统进行研究.根据太阳光信号要求,通过光源选取与功率计算确定LED型号和个数,并采用压控恒流源驱动技术对光源辐亮度进行线性调节.根据太阳光矢量信号要求,通过负载扭矩与功率计算选取GUS-60型超声电机,采用16位绝对式编码器对运动角度进行测量,以数字信号处理器为主要器件对电机进行闭环反馈控制.测试结果表明,光源控制系统能够实现辐亮度在0~527.4 W·m^-2内线性可调,矢量运动装置在-15°~40°内的运动角度控制精度优于±0.01°,满足编码式太阳敏感器的测试要求.

基于空间滤波方法的多圈绝对式编码器

本文介绍了一种游标编码类型的多圈绝对式编码器,对码盘狭缝采用空间滤波的插补细分方法。光学编码器由LED光源、光电二极管阵列和具有3圈码道的码盘组成,通过光学方法进行绝对角度的测量。编码器测角精度达1/100000,编码响应速度达3000rmp。轴的转数由一个采用"记忆轮"原理的磁力泡计数器计数,最多可达32487转。数据存储或转数记忆无需供电。