基于自适应卡尔曼滤波的精密指向机构速度估计方法研究

提出了一种基于自适应卡尔曼滤波算法的精密指向机构速度估计方法,用控制误差的统计特性实时调节卡尔曼滤波参数。用实验方法建立直流伺服电机的数学模型,对基于该方法的速度回路控制与响应进行了仿真,与其他速度估计方法进行了对比,在试验转台的速度控制中实现了该方法及其他速度估计方法,并比较了几种方法的阶跃响应和正弦响应,验证了仿真结果。结果表明,自适应卡尔曼滤波能抑制噪声影响,测速精度与静、动态性能良好,对噪声变化的鲁棒性较好。

精密指向组件控制参数自整定技术研究

为了提高精密指向组件的控制参数整定效率,采用改进型继电反馈自整定方法,实现其PID参数的自动整定。建立典型精密指向组件的数学模型,推导传递函数,并采用Matlab进行计算分析。在光学平台上搭建实验测试系统,进行精密指向组件PID参数的改进型继电反馈自整定控制实验,获取临界增益K_(u)和临界周期T_(u),根据整定公式得到PID参数,并与理论计算结果进行比对。测试结果表明:改进型继电反馈自整定过程可以获取优化的参数,具有超调小、响应速度快等优点。

基于FPGA的精密指向组件控制系统设计

为了满足精密指向组件快速性、高带宽并且能够实现远程控制的需求,设计了一种基于FPGA的精密指向组件的控制系统。控制系统采用分离式结构设计,将控制电路及驱动电路与反射镜部分分离,分离部分利用SPI完成串行通信。以FPGA为控制核心,阐述了控制系统的硬件组成和软件工作流程,利用不完全微分增量式PID控制算法完成了系统的闭环控制。在10m的控制距离下,对精密指向组件的性能进行测试。实验结果表明,使用该控制系统的精密指向组件在±1200″下角分辨力为0.07″,±300″下的阶跃响应调节时间为4ms,±300″下闭环带宽大于220Hz,满足了精密指向组件远程控制的设计需求。

应用于精密光束指向系统的复合PID控制器研究

为了解决传统比例-微分-积分(PID)控制器在精密光束指向系统(FPB)应用中存在的控制精度与超调量之间的矛盾,并使其可在现有控制系统硬件平台中应用,设计了一种数字复合PID控制器。该控制器采用了传统PID、前馈补偿以及抗积分饱和算法三部分综合而成,在控制器复杂性和处理时间不显著增加的前提下,缩短了调节时间及过冲,改善FPB系统的指向精度及动态特性;对该控制器的结构进行了分析,并与采用传统PID控制器的FPB进行了对比试验。结果表明,在相同的实验条件下,采用复合PID控制器的FPB系统与采用传统PID控制器的FPB系统相比,调整时间缩短了约11. 4%,最大超调量从12. 7%降至1. 8%。在现有计算能力受限的控制系统平台上,可实现FPB系统性能的有效提升。

太极计划激光指向调控方案介绍

空间引力波探测中为实现引力波信号科学测量,卫星发射到预定轨道后需首先完成百万公里级激光链路的构建。同时为保证引力波信号不会被激光指向噪声淹没,激光指向稳定性需达到nrad/√Hz量级。为此需设计一套复杂而精密的激光指向调控方案。本文以太极计划为背景,详细阐述了可采用的指向调控方案。拟将整个过程将分为两个阶段,首先进行激光捕获过程,在该过程中,使用星敏感器(STR)与电荷耦合器件(CCD)作为辅助捕获探测器,将激光指向不确定区域控制到μrad量级。之后进行激光精密指向过程,利用差分波前敏感测角(DWS)技术对激光指向稳定性进行控制。根据太极计划要求,对各阶段捕获探测器提出了视场及精度要求,并论述了采用DWS技术实现精密指向的可行性。相关结论可为未来的验证实验奠定理论基础,对太极计划指向系统构建提供参考。

基础激励下6-UHP并联平台的动力学建模与仿真

面向隔振指向技术的研制需求,开展了基础激励下6-UHP(universal-Hooke-prismatic)并联平台的动力学建模与仿真研究.首先,介绍了6-UHP并联平台的结构特点;接着,利用Kane方法对并联平台进行理论建模,得到完整动力学方程;最后,利用联合仿真技术对并联平台的理论模型进行验证.结果表明,仿真得到的6维加速度曲线与输入加速度曲线吻合度良好,最大误差为5.40%,最小误差为0.25%,充分验证了动力学模型的准确性.