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。

SGCMG框架伺服系统扰动力矩分析与控制

单框架控制力矩陀螺框架伺服系统对扰动力矩抑制能力的不足限制了其控制精度的进一步提高。文章对框架伺服系统受到的扰动力矩及其对框架伺服系统控制性能的影响进行了分析;设计了基于终端滑模变结构控制策略和扰动观测器的框架转速控制器;利用变结构控制对系统干扰的不变性和对滑动模态控制的快速响应特性,实现了框架伺服系统在扰动力矩波动,尤其是高频扰动力矩波动条件下的高精度控制。仿真结果表明,相比传统的比例-积分-微分控制策略,提出的控制方法可行有效,将框架转速波动量缩小了2/3。

三轴陀螺稳定平台控制系统设计与实现

针对高精度光电导引系统快速隔离扰动、稳定视轴的要求,设计了以速率陀螺为核心构成的三轴陀螺稳定平台。结合某型号电视导引头设计过程,详细介绍了该三轴陀螺稳定平台的结构组成、主要元器件选型,以及软硬件实现。分析了陀螺稳定平台的隔离扰动原理,设计了多闭环复合控制结构,给出了系统各组成部分的模型,合理简化后建立了系统数学模型,并按照频域分析法设计了控制算法。对于陀螺信号噪声问题,设计了小波阈值滤波方法,有效地消除了反馈信号的噪声,提高了系统控制精度。整机测试表明,该陀螺稳定平台满足了导引头系统设计指标要求,具有较高的跟踪精度;能够在实验室条件下,进行多种电视跟踪模拟实验,为实际设备的研制提供了真实有效的数据。

稳定跟踪伺服控制系统高俯仰角稳定问题分析

高俯仰角条件下的稳定技术是防空火控系统稳定跟踪伺服控制系统的关键技术之一,通过对稳定跟踪伺服控制系统速度传感器的选择及配置、反馈量的选择及系统控制策略等方面进行分析和比较,提出了通过三陀螺配置分段控制的方法。对以上分析进行了计算,并模拟高俯仰角条件,在matlab/Simulink下进行了仿真,从仿真效果看同计算结果完全吻合,并得到了优秀的时域控制效果,为稳定跟踪伺服控制系统的设计提供技术参考。

光电稳定跟踪装置的控制系统设计

给出了一类光电稳定跟踪装置的框架伺服控制方案,重点研究了速率稳定环的设计过程,使用dSPACE半实物仿真系统进行了速率回路开环特性的模型辨识和高阶滞后超前控制器设计,对于数字化频率特性测试时产生的相位滞后现象进行了理论推导,并提出了相位补偿公式。对于经典控制器可能遇到的精度不足的问题,介绍了相应的非线性补偿方法。针对伺服系统的位置跟踪环和速度稳定环在频域存在的耦合现象,深入分析了产生频域耦合的原因和相应的解耦设计方法,提出了此类系统位置跟踪环和速度稳定环的理想设计模型。在此基础上讨论了姿态干扰隔离度的概念,推导了隔离度的计算公式。对系统工作过程中可能遇到的5种典型情况进行了仿真试验,仿真结果验证了有关概念的正确性。

舰载光电跟踪伺服系统的建模与仿真

舰载光电跟踪伺服系统采用多闭环串级复合控制,其在典型的三环控制基础上,加入陀螺稳定环,来满足隔离船摇的要求,但这使得环路设计较复杂.针对该问题,在建立主要部件数学模型的基础上,对伺服系统的各个环路进行建模,并对电流环、速率环的校正装置进行设计,借助计算机仿真技术对系统进行仿真分析.仿真结果表明所建模型的正确性,并且所建模型可为实际系统参数设计以及先进控制算法可行性验证提供一个有效的仿真平台.

三轴转台陀螺伺服系统的模型分析与解耦设计

本文对三轴陀螺伺服转台模型进行了较为详细的分析，并进行了适当的简化，在此基础上对系统进行了解耦设计。

捷联稳定技术在两轴光电跟踪仪中的应用

载体平台摇摆对两轴光电跟踪仪光轴指向的扰动是制约光电跟踪仪跟踪稳定性和跟踪精度提高的关键因素。本文首先从控制原理出发比较了传统速率稳定方式与捷联稳定方式,然后针对两轴光电跟踪仪捷联稳定方式建立了扰动作用于光轴指向分量的数学模型,最后对某型光电跟踪仪采用了捷联稳定技术,并设计了相应的伺服系统,试验表明此系统设计合理,满足使用。

控制力矩陀螺框架伺服系统的超低速测速方法

在超低转速下,有限的转速测量分辨率是影响控制力矩陀螺框架伺服系统控制性能的一个重要因素。在分析转速分辨率对超低速控制性能影响的基础上,提出了一种基于多周期后向差分的转速计算方法,可提高测速分辨率并保证测速带宽。针对后向差分带来的相位延迟会限制测速分辨率进一步提高的问题,在选取合适的差分周期基础上,采用Kalman预估器对框架转速进行预估,进一步提高了框架转速的测速分辨率及测速带宽。通过仿真表明,所提出的测速方法将转速分辨率提高了两个数量级,解决了框架伺服系统在超低转速下由于有限的转速测量分辨率造成的爬行现象。

单框架控制力矩陀螺伺服系统的模糊自适应变结构控制

研究单框架控制力矩陀螺系统的外框架结构.系统的永磁同步伺服电机采用正弦波驱动;电流环采用电压空间矢量脉宽调制方法驱动逆变器;位置环采用模糊自适应滑模变结构控制,通过引入切换控制增益的模糊自适应调节方法来提高系统的鲁棒性和抗扰能力.在Matlab下对系统进行仿真,结果表明,采用模糊自适应变结构控制方法设计的伺服系统有较高的动态和稳态精度;抗扰性能得到加强;消除了滑模变结构控制器的抖振现象.

陀螺滤波在改善伺服系统低速特性中的应用

压电陀螺作为陀螺稳定平台伺服系统稳定回路的反馈测量元件,它的输出噪声直接影响伺服系统低速引导情况下的控制精度。抑制陀螺的输出噪声是改善伺服系统低速特性的有效手段之一。提出了一种基于一阶自回归模型的卡尔曼滤波算法,并应用于实际系统中。采用该方法,伺服系统的低速精度指标由原来采用移动平均滤波的0.102 13°/s提高到0.063 03°/s。同时探讨和总结了卡尔曼滤波器在伺服系统中应用的必要条件。实验证明,卡尔曼滤波可以有效地改善伺服系统的低速特性。

SGCMG框架伺服系统动力学建模与低速控制

单框架控制力矩陀螺(SGCMG)框架伺服系统内部存在的各种干扰会严重影响陀螺的力矩输出精度。为了实现力矩输出的高精度控制,需要对框架伺服系统进行精确动力学建模与控制。通过对作用于航天器上SGCMG的详细动力学分析,建立了框架伺服系统动力学模型,其中考虑了动静不平衡干扰力矩以及摩擦力矩。基于正弦永磁同步电机,利用自抗扰理论设计了框架伺服系统内外环控制器。仿真结果表明,在忽略转子不平衡所引起的高频干扰力矩的前提下,此控制器能对内外环存在的所有建模及未建模干扰进行准确估计和补偿,保证了框架的高精度控制。通过仿真还得到了转子不平衡对框架控制精度的影响量级,将为进一步研究如何抑制不平衡振动提供参考依据。

基于激光陀螺的稳定平台控制

针对舰载双轴稳定平台的控制技术研究,选用四频激光陀螺作为惯性角传感器,通过扫频辨识出控制对象的传递函数,再利用滞后型频率特性补偿器进行频率校正,设计出了速度与位置双闭环的伺服稳定控制系统。对设计的双轴激光陀螺稳定平台系统进行了仿真计算和实验测量,仿真与实验结果比较一致,主要参数为:设计的稳定平台控制系统静态力矩刚度达到了7.852×107 N.m/rad,阶跃响应的上升时间为30 ms,调整时间为150 ms,超调量为12%;当载体基座以幅值为17.661°、频率为0.437 Hz的正弦角速度扰动时,速度环稳定误差优于±0.05(°)/s,位置环稳定误差优于±3″。

船载卫星通信天线伺服跟踪环路设计

以船载A-E两轴座架天线为例,分析了天线跟踪精度和隔离度分配,对单脉冲跟踪的陀螺环路和跟踪环路进行了设计,为工程实践提供了理论设计依据。

基于H_∞混合灵敏度的CMG框架谐振抑制方法

针对由谐波减速器的柔性、低阻尼引起控制力矩陀螺(control moment gyro,简称CMG)框架伺服系统产生机械谐振的问题,提出了一种基于H∞混合灵敏度的振动抑制方法。结合框架伺服系统动力学模型阐明了系统产生谐振的原理,分析了系统的谐振频率点,并将由于谐波减速器引起的谐波扭转力矩作为系统输出端的扰动,在速度环中设计了基于混合灵敏度的H∞控制器来抑制该扰动,从而抑制框架伺服系统的谐振。以1 000N·m·s的控制力矩陀螺框架伺服系统为研究对象进行仿真及实验,结果表明,该控制方法有效地抑制了框架伺服系统的机械谐振,提高了框架伺服系统的速率输出精度。

陀螺关键参数的标定及对航空相机伺服控制系统的影响

以某航空相机为试验载体,以工程中常用的两种陀螺为比较试验对象,本文完成了陀螺三个关键参数:输出噪声、分辨力、相位响应的标定。根据数据手册两个陀螺的噪声功率比为784:1,采用一种适合于工程应用的陀螺噪声功率测试方法,由于系统噪声的影响实测功率比为74:1;其次给出了陀螺分辨力与模数转换器之间的对应关系;再次针对陀螺数据手册中没有相位响应数据这一事实,设计了一个简便新颖的测试平台,完成了陀螺0～16Hz频带内的相位标定,标定误差小于5%,最后结合以上试验数据,深入分析了陀螺三个参数对伺服控制系统的影响。实践表明陀螺关键参数在具体设备中的准确标定有助于提高系统的整体精度与增强系统的稳定性。

陀螺惯性平台视轴稳定双速度环串级控制的研究

针对光电跟踪系统视轴稳定采用由速率陀螺构成的单速度环伺服控制的不足,本文提出采用以直流测速机为测量反馈元件构成模拟速度内环,利用陀螺的“空间测速机”功能组成数字稳定外环的双速度环串级控制结构。将速度稳定环的抗摩擦力矩干扰功能和隔离载体扰动功能分开设计实现。从系统抗干扰性、鲁棒性等方面与单环控制进行了理论分析和比较。伺服控制器分别采用有源PI校正和时间最小参数自调整PID控制算法。在四轴稳定跟踪转台上的性能测试结果达到了系统要求的稳定精度,表明该方法能明显减小载体扰动造成的误差,在一定的测量噪声和加速度敏感度范围内,能够有效地隔离载体扰动,控制性能良好。

非理想梯形波反电势永磁无刷直流电机换相转矩脉动抑制方法

为了提高磁悬浮控制力矩陀螺(magnetically suspended control moment gyro,MSCMG)框架伺服的精度与稳定度,针对永磁无刷直流力矩电机(permanent magnet brushless DC motor,PMBLDCM)非理想梯形波造成的换相转矩脉动,分析指出了换相反电势不平衡是造成转矩脉动产生的又一原因,且是影响低速力矩电机换相转矩脉动的主要因素。在单一直流母线电流反馈的基础上,提出了一种换相转矩自平衡控制方法,其中包括换相转矩平衡点观测器和角加速度的快速最优估计算法,有效的抑制了换相转矩脉动,提高了低速时的速率伺服精度与稳定度。

垂直陀螺180°回转伺服变结构PID控制

为减小垂直陀螺仪的漂移,提高平台罗经系统精度,设计了垂直陀螺180°回转伺服控制系统,采用变结构PID校正网络和角速度数字控制器,实现垂直陀螺仪精确角位置伺服控制和接近匀速的回转．实验结果表明,采用变结构比例、积分、微分(PID)控制方法,可以使旋转机构在0°和180°位置精确定位,有效减小陀螺仪漂移．在对系统动态性能要求不高的情况下,该方案能将稳态绝对误差控制在30″以内,满足设计精度要求．

基于船载测控系统的多组合隔离船摇技术应用研究

针对船载测控系统中常规采用单一的隔离船摇方式在复杂海况环境下,单一的隔离船摇方式不能满足测控需求的问题,提出采用多组合隔离船摇技术进行测控。全文对船载测控系统的隔离船摇方式进行了系统原理分析,提出根据不同环境选择合适的隔离船摇组合实现稳定跟踪目标,提高船摇隔离度的方法。重点介绍了各种隔离船摇技术的原理和异同点,利用试验数据进行对比分析,结果为多组合隔离度方便在不同海况环境中的应用,结果表明通过对多组合隔离度的精准选取,可以更好更稳定的跟踪目标,充分说明多组合隔离船摇技术对系统稳定跟踪和精确定轨有重要意义。