基于改进高速单光子探测器的复合跟踪控制系统设计

由于半导体红外、光电倍增管单光子探测器受到噪声数据的影响,使得光子计数统计结果不精准,导致应用跟踪系统后,存在控制效果差的问题;利用雪崩光电二极管探测入射光和雪崩现象,改进高速单光子探测器;通过反馈控制环节实现猝灭,终止雪崩,将电压恢复到偏置电压;利用改进后的探测器设计单光子探测信号检测电路,获得所需要的基准电平,完成复合跟踪控制系统的硬件结构设计;设计信号传输计数控制流程,并结合判别公式确定高速单光子探测器与单个因素跟踪度;调节单光子探测器发射触发信号,根据所得到的信号确定组合跟踪脉冲光子数,以此为依据调整跟踪方案,完成系统软件结构设计;实验结果表明,改进后的高速单光子探测器在复合跟踪控制系统应用中,在38.5 ns时计数达到220个,与实际结果一致,具有较好的跟踪控制效果。

基于旋转双棱镜的光束复合跟踪控制技术

提出一种基于旋转双棱镜的光束复合跟踪技术,用于取代传统伺服转台实现精密的光学跟踪。首先,建立双棱镜的光束偏转模型,详细推导光束偏转矢量与双棱镜转角间的转换关系,并对跟踪过程中的棱镜旋转非线性问题进行了分析。提出基于快速反射镜进行光轴修正的双棱镜光束复合跟踪方法,通过建立偏转光轴与光学基台间的扰动耦合关系,实现了对双棱镜转速的实时补偿,并改进棱镜控制器以提高光束控制性能。搭建实验系统,对旋转双棱镜复合跟踪技术进行验证。在动态跟踪实验中,采用改进控制器的双棱镜的控制精度明显提高,相较于比例-积分-微分控制器和线性自抗扰控制器,所提出的改进控制器使棱镜的控制精度分别提高58.33%和32.81%,并使跟踪误差由改进前的49.03μrad和38.88μrad降低为31.15μrad。开启视轴补偿后跟踪性能进一步提高,总跟踪误差降至7.49μrad,跟踪精度提高4.16倍。实验结果表明,光束复合控制能有效提高双棱镜的跟踪精度,验证了所提方法的有效性。

空间激光通信单探测器复合跟踪控制技术研究

空间激光通信终端伺服系统是一种高精度的跟踪机构,在扰动条件下,通信系统对跟踪系统的稳定性及精度提出了较高的要求。本文主要介绍了激光通信伺服系统的复合跟踪技术,详细论述了单探测器复合跟踪方式的选择以及激光通信伺服系统的控制流程。最后,在振动平台上进行了粗精复合的激光跟踪实验。实验结果显示,当通信终端系统跟踪最大振动加速度为0.22°/s 2的振动平台时,跟踪目标平稳性较好,单独采用粗跟踪时误差为60μrad,采用粗精复合跟踪时位置误差可以达到2μrad。实验结果表明,空间激光通信系统中单探测器复合跟踪技术的设计满足了系统跟踪精度的要求,为激光通信控制系统的设计提供了一定的参考。

复合跟踪微分器在电容式位移传感器中的应用

针对从含噪原始信号中提取位置以及速度信息,经典跟踪微分器存在不能很好兼顾相位滞后和噪声放大问题、参数多,调试复杂等不足。在跟踪微分器等效线性分析基础上,提出复合形式跟踪微分器,用于电容式位移传感器位置信号跟踪以及速度信号估计,通过MATLAB\\SIMULINK仿真以及实验平台测试,结果表明:在跟踪频率1 Hz、幅值1含噪声正弦信号中,复合跟踪微分器能光滑逼近原始位置信号,且能有效进行速度估计,相较于经典跟踪微分器,复合跟踪微分器跟踪相位滞后小0.03 rad,能更好兼顾跟踪信号相位滞后及速度信号噪声放大。

战斗机群集中式雷达/红外复合跟踪通用架构

在机载多机协同背景下,介绍了复合跟踪技术的概念及发展现状,提出了一种适用于战斗机群编队集群作战的集中式多机协同复合跟踪通用架构,同时考虑机群数据链通信能力的差异性,在所提通用架构的基础上,设计了对等集中式和动态主从集中式两种衍生架构,并给出了上述架构相应的设计原理和性能特点分析,然后,根据上述特点分析结果,从海上反隐身制空作战、海上广域监视与对海火力打击和低空掠海目标拦截等3个典型作战场景出发,详细分析并给出了上述两种集中式衍生架构的选择使用建议。最后,对所提多机协同复合跟踪通用框架技术进行总结和展望。

复合式太阳能跟踪控制器的设计

针对斜单轴太阳能跟踪系统单一跟踪方式跟踪精度低、存在跟踪累积误差、受天气影响大、稳定性差等问题,对太阳运动轨迹和光伏阵列跟踪轨迹建立了数学模型。提出了采用视日运动轨迹粗跟踪(此时误差2°内),然后通过二象限硅光电池光照传感器实现了精准跟踪(误差矫正到0.5°内的复合式跟踪方式);利用2.25 k W斜单轴跟踪装置,对所提复合式跟踪模型进行了验证和测试。研究结果表明:采用所提的复合式跟踪方式系统的跟踪误差在0.5°内,光伏阵列发电量比固定式光伏阵列发电量高26.2%,可以消除累计误差,克服天气影响,实现全天候可靠运行,对于提高光伏跟踪系统的跟踪精度和光伏电站发电量具有重要意义。

超声换能器并联谐振频率的复合式跟踪方法研究

为了使超声换能器适应变化比较剧烈的负载,本文通过分析超声换能器在并联谐振频率附近工作时的频率特性和实际需求特点,利用变压器初级匹配方法得到了更好的频率特性,并对比了换能器空载和带负荷情况下的阻抗特性曲线,提出了复合式自动频率跟踪方法,空载时找到超声换能器最小电流的对应的频率点,加载过程中利用比例积分微分算法实现频率的快速跟踪。并对超声换能器在不同负载时的功率输出进行了实验,结果表明,复合式频率跟踪方法可以稳定地跟踪到超声换能器的并联谐振频率,能实现超声换能器的功率自调节,对提高换能器的工作效率和负荷适应能力具有实际的指导意义和应用价值。

带滑移铰空间机械臂惯性空间轨迹的复合自适应跟踪控制

讨论了载体的位置与姿态均不受控制的漂浮基带滑移铰空间机械臂的控制问题.动力学分析表明,结合系统动量及动量矩守恒关系得到的运动Jacobi关系及系统动力学方程将是系统惯性参数的非线性函数.借助于增广变量法,我们得到了与惯性参数呈线性关系的系统广义Jacobi矩阵及系统控制方程.以此为基础,针对系统中存在未知惯性参数的情况,设计了一种末端抓手惯性空间期望轨迹跟踪的复合自适应控制方案,此控制方案的优点在于不需要测量空间机械臂载体的位置及移动的速度、加速度.仿真运算证实了方法的有效性.

四象限探测器数字跟踪通信复合接收机设计

随着微纳卫星技术的迅速发展,为实现空间激光通信接收终端的轻小型化设计,采用四象限探测器(Quadrant Detector,QD)作为通信接收机的探头。设计的四象限探测器数字跟踪通信复合接收机,首先通过四象限探测器将光信号转换为电信号后,然后经过前置跨阻放大电路进行信号放大并转换为电压信号,再由模数转换(Analogue-to-Digital Conversion,ADC)将电信号转换为数字信号,最后通过现场可编辑门列阵(Field-Programmable Gate Array,FPGA)的数字算法完成跟踪与通信相关的信号处理。通过理论分析得到在1064nm波段,当误码率为10-6,通信速率为10Mbps,信噪比为90时,探测灵敏度为-45dBm;在光斑半径为400μm时,位置分辨力为6.29μm,实现了0.0016的细分能力。通过对探测信号链的仿真、光斑位置分辨力的仿真、通信解调与数据时钟恢复(Clock Data Recover,CDR)的仿真以及对光斑位置与脱靶量解算的仿真,进一步验证了接收机跟踪与通信复合功能的实现。最后通过实验测试得到在误码率为10-6,通信速率为10Mbps时,探测灵敏度为-30d Bm,并对光斑位置探测的误差进行了标定。数字接收机的性能参数满足通信系统的基本要求,基于FPGA的软件设计完成了单探测器跟踪与通信功能的复合,并实现了接收机的数字化,满足接收机的轻小型化设计的要求。

复合式频率跟踪控制电路的设计

针对加热电源中传统模拟频率跟踪控制电路频率跟踪范围小、锁相时间长,而数字频率跟踪控制电路硬件成本高、程序复杂不易实现等问题,提出了一种由S3F9454单片机、CD4046和SG3525组成的数字模拟复合频率跟踪控制电路.仿真及实验结果表明,当电路中电流频率达到30 k Hz以上时,通过软件的快速排序算法,将单片机从SG3525采集到的电流、电压频率的反馈差值实现快速排序,高效实现频率跟踪.运用复合式频率跟踪控制方法能够实现对频率快速准确的跟踪,频率跟踪范围广,对不同负载适应能力强.

一种非跟踪型太阳能复合聚光器的设计与实验研究

设计一种非跟踪型光电光热复合管以同时得到电能和热能,利用Matlab对聚光器曲线的形状进行优化并对结果进行数值仿真,对不同吸收体形状之间进行数据比较,得到最佳吸收体形状。给出不同入射角的光路图和下表面聚光比分布图,证明下表面得光也较均匀,可避免因高温热应力对太阳电池产生的损坏。最后实验测试下表面平均聚光比,与仿真的结果较为吻合。最后得出下表面三角形腰长为14.5 mm时最为合适并给出设计图。

复合故障跟踪系统在莱钢中型H型钢生产线中的应用

介绍复合故障跟踪诊断系统在莱钢中型H型钢生产线中的应用,包括系统组成结构、数据采集与存储、报警与故障记录等。

零相位跟踪预测自学习复合运动控制系统研究

提出了一种结合了零相位跟踪控制与预测自学习控制的零相位跟踪预测自学习复合控制方案,并将它在运动控制系统中进行了实验研究,结果表明,对于周期性的位置指令信号输入,这种控制系统能够从第一个指令周期开始就具有比较小的跟踪误差,而且误差还会周期性减小,具有比单独的零相位跟踪控制或者预测自学习控制更好的控制性能。

光伏发电系统太阳方位跟踪装置的研究

遵循系统工程设计理念,太阳方位跟踪装置融入沙漠地区并网光伏发电系统中进行设计。光伏发电系统包括ZigBee无线网络连结的多个光伏发电子系统、TD-SCDMA公网和远程监控中心,跟踪装置基于天气、天文和光伏阵列输出功率的复合跟踪机制。远程监控中心设定跟踪装置的晴、阴、雨工作模式和晴天模式下的粗细跟踪精度;阴雨状态时采用天文跟踪并实施开环跟踪控制,晴天则以太阳电池板的输出功率为依据进行闭环跟踪控制,解决光电跟踪易受云层干扰和风沙环境下可用性欠佳的难题;跟踪装置的机械传动应用步进电机及步距角细分技术。

轮式移动机器人全局轨迹跟踪控制

采用级联-反演方法进行轨迹跟踪控制器设计,将轨迹跟踪误差投影到轮式移动机器人的误差坐标系中,获得轨迹跟踪误差的动态模型。同时,将系统分解为位置跟踪和航向角跟踪两个级联系统,利用反演方法获得系统全局一致渐近稳定跟踪控制器,并基于级联系统理论证明了轨迹跟踪的全局一致渐近稳定性。仿真结果表明,初始跟踪误差很快收敛于零,轨迹跟踪效果良好,闭环系统具有良好的动态性能和全局稳定性,适用于轮式移动机器人的全局轨迹跟踪控制。

优化自适应卡尔曼滤波跟踪方法研究

针对观测噪声干扰情况下光电系统的精确跟踪问题,提出了一种优化自适应卡尔曼滤波跟踪方法。该方法首先提出观测野值引起的干扰,同时合成目标的位置信息,并构建了残差序列与模型参量的自适应修正公式,实现目标信息的自适应预测和估计,通过前馈角速度的估计参量实现系统的复合跟踪。仿真和实验结果表明,本文方法在保持系统稳定的情况下能将精度提高40%,实现了噪声干扰情况下光电非线性系统的精确跟踪。

高精度太阳能跟踪控制系统的设计

针对目前太阳跟踪控制系统的抗干扰性能较差,无法买现目动的、买时跟踪控制等一系列问题,提出了一种基于FPGA的太阳能复合跟踪控制系统。该系统充分融合了视日运动跟踪和光电跟踪控制系统的优点,使用FPGA作为跟踪系统的主控器,在光照条件满足光电传感器要求的情况下采用光电跟踪,否则采用视日运动跟踪。实现了对太阳的高精度、全天候的跟踪控制,并最大限度地免除人为干预。实验结果表明,该跟踪控制系统可达到很好的跟踪效果。具有很大的实用价值。

星载光电跟踪关键技术研究

介绍了星载光电跟踪平台的组成与工作原理,对跟踪关键技术进行了研究。分析了星载光电成像跟踪传感器应用技术,给出了星载平台复合轴跟踪系统的两种设计方法,并提出利用激光成像目标反演技术进行目标识别,为星载光电跟踪平台的设计提供参考。

天基成像跟踪关键技术研究

介绍了天基成像跟踪的工作原理,对成像跟踪关键技术进行了研究。提出利用激光成像目标反演技术进行目标识别跟踪,并分析了星上可见光红外扫描探测技术。最后提出天基平台复合轴跟踪系统可以采用两种设计方法,并介绍了特殊环境下的视轴稳定技术,为天基成像跟踪平台的设计提供参考。

基于象限探测器的激光跟踪与通信技术

设计了一套空间激光通信系统,应用四象限探测器完成光斑位置检测与信息接收复合应用。给出了系统组成原理与工作原理,对其中涉及的关键技术进行了阐述。搭建实验系统完成跟踪与通信性能测试,结果表明在实现跟踪精度为3μrad时,系统整体通信速率达到20Mb/s。