航空相机镜筒位置控制的扰动估计与补偿

在航空相机镜筒速度内环设计了自抗扰控制器,以减小镜筒内偏心凸轮机构的运动对镜筒的扰动。采用扩张状态观测器对扰动进行实时估计,并生成扰动补偿量抵消扰动的影响。首先,分析了凸轮机构的运动对镜筒扰动的特点。然后,建立了镜筒的数学模型,基于带宽的单参数化设计思想设计了扩张状态观测器及带扰动补偿的控制律,设计了镜筒位置控制器。最后,在镜筒上对控制器的抗扰动性能进行了验证,并与目前航空相机常用的一阶平方滞后超前校正法进行了比较。结果表明,采用自抗扰控制能将凸轮机构对镜筒的扰动偏差减小为传统方法的50%左右。在提高系统抗扰动性能的同时,控制器增益减小约2个数量级,大大降低了对控制器增益的要求,提高了系统的稳定性,对改善航空相机控制系统的抗扰动性能及降低控制器设计难度具有较高的实用价值。

航空相机镜筒全程快速无超调位置控制

为消除航空相机镜筒在位置控制过程中的超调,本文提出采用跟踪微分器对阶跃输入信号进行处理,通过合理设计过渡过程来实现镜筒位置控制的快速无超调响应。首先,阐述了跟踪微分器理论,分析其工作特性。然后,以90°位置阶跃响应为例,进行了过渡过程设计,并与无过渡过程设计的控制效果进行了比较。实验结果表明,合理设计过渡过程能完全消除镜筒位置响应的超调,同时减小调节时间。在90°阶跃输入时,超调量由24.1%减小为零,同时调节时间缩短28.8%。此外,采用最小二乘法拟合阶跃输入量与过渡过程快速因子的函数关系,控制过程中根据阶跃输入量计算最优过渡过程参数,实现了镜筒位置的全程快速无超调控制。该方法已经在航空相机镜筒中进行了实际应用,取得了良好的效果,有效改善了系统的动态性能。